玻璃纤维混凝土的弯曲疲劳试验研究.pdf
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1、2 0 1 2 年 第9期 (总 第 2 7 5 期 ) Nu mb e r 9 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 5 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CLE d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 2 0 9 0 1 6 玻璃纤维混凝土的弯曲疲劳试验研究 吕雁 。程赫明 ,马志广 ( 昆明理工大学 建筑工程学院 ,云南 昆明 6 5 0 0 9 3 ) 摘要: 对玻璃纤维混凝: 2 ( G F R C) 材料的弯曲疲劳进行了
2、试验研究, 获得不同应力水平作用下 G F R C的疲劳寿命, 并应用疲劳寿命统 计学理论确定了G F R C疲劳寿命统计分布规律服从两参数的威布尔分布, 建立了考虑存活率的双对数疲劳方程和单对数疲劳方程。 研究 结果表明, G F R C的抗夸l生 能和弯曲疲劳寿命明显高于普通混凝土材料。 关键词: 玻璃纤维混凝土;弯曲疲劳;疲劳寿命 中图分类号 : T U 5 2 8 5 8 1 文献标志码 : A 文章编 号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 9 0 0 5 0 0 4 Ex pe r i me nt a l i nv es t i ga t i on on
3、 f l e xur al f a t i gue p er f or manc e of gl a s s f i be r r ei n f or c e d c onc r e t e L c Y an , C HE NGHe min g , MAZ h i - g u a n g ( F a c u l t y o f Ci v i l E n g in e e r i n g a n dA r c h i t e c t u r e , Kt m mi n gU n iv e r s i tyo f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y , K
4、 u n mi n g 6 5 0 0 9 3 , C h i n a ) Abs t r a c t : Th e fl e x u r a l f a t i g u e p e rfo r ma n c e o fg l a s s fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e wa s i n v e s t i g a t e d e x p e r i me n t a l l y Us i n g f a t i gu e l i f e s t a t i s t i c s t he o r y, i t wa sf o u n dt h
5、a t t h ef a t i gu el i f eo fg l a s sfib e r r e i n f o r c e d c o n c r e t ewa s s u i t e dt ot h et wop a r a me t e r sWe i b uUd i s t r i b u t i o nTh e n, t h ef a t i gue e q ua - t i o n s o fg l a s s fib e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e i n b o t h t h e d o u b l e - l o g
6、a r i t h m a nd s i n g l e l o g a r i thm f o rm s a r e e s t a b l i s h e d Th e r e s u l t s s h o we d t h a t the fl e xu r e r e s i s t a n t p r o p e r t y a n d t h e f a t i gue l i f e o fg l a s s fib e r r e i n f o r c e d c o nc r e t e we r e mu c h n i c e r t h an tha t o fc
7、o mmo n c o nc r e t e Ke y wor ds : g l a s s fib e r r e i n f o r c e d c o nc r e t e; fle x u r a l f a t i gu e ; f a t i gu e l i f e 0 引言 随着我国高速公路网络建设的飞速发展, 对道路桥梁结构的 要求越来越高。 高速公路水泥混凝土路面主要承受静载弯曲、 动载 疲劳及温度应力的作用, 容易在低于静载强度下发生疲劳破损或 失效, 影响了结构物的正常使用1 1 。 究其原因除了耐疲劳设计有待 进一步完善以外, 很大程度上是由于混凝土抗疲劳陛能较差所致
8、。 因此 , 如何改善和提高混凝土的抗疲劳性能、 延长其使用寿命, 成 为亟待解决的个重要研究课题。 国际上已一致公认, 在水泥基材 料中掺人纤维有助于提高其抗拉、 抗冲击、 抗断裂和抗弯性能, 可 广泛应用于公路路面、 桥面和铁路轨枕等土木工程结构中踟。 玻璃 纤维在道路工程施工中, 有很广泛的应用, 因为它与路面混合料具 有良好的相容陛。 玻璃纤维混凝+( g l a s s fi b e r r e i n f o r e e d c o n c r e t e , 以下简称 G F R C ) 以其优越的性能正引起越来越广泛的关注。 由于纤维混凝土材料的组成和性质差异较大 , 不同纤维
9、材 料组成、 结构类型和环境条件下材料的疲劳特性不同。 要将玻璃 纤维用在承受疲劳荷载的结构中, 就必须对 G F R C在疲劳荷载 下的性能有所了解。 本研究应用 MT S材料试验系统, 对 3种玻 璃纤维掺量的试件进行弯曲疲劳 陛能试验研究。 1试 验 概 况 1 1 试件材料及配合比 由于研究的 G F R C主要用于路桥方面, 依据 J T GD6 2 -2 0 0 4 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 和J G T 3 0 6 4 一 收稿 日期 :2 0 1 2 - 0 3 - 2 8 基金项 目:国家 自然科学基金资助项 目( 9 0 5 1 0 0 1 8 ) 50 1
10、 9 9 9 ( 钢纤维混凝土 , 基体混凝土按 C 4 0 配置, 用云南陆良远东 水泥厂生产的P O4 2 5 级水泥; 粗集料为粒径 5 2 0 ton i 的机械碎 石; 细集料采用机制砂; 外加剂为昆明安泰缓凝高效减水剂。 增 强纤维为湖北襄樊汇尔杰玻璃纤维有限责任公司生产的耐碱玻璃 纤维短切丝, 长度为 3 6 mm, 直径为 1 5 m, 强度O 2 5 N t e x 。 试 件的混凝土配合比见表 1 。 表 1 GF R C材料配合 比 1 2 试件的制备和养护 为了防止在搅拌过程中玻璃纤维结团采用预拌法。 先将水 泥和砂石放人搅拌机中干拌 2 mi n , 再加入玻璃纤维继
11、续搅拌至 纤维分散均匀, 然后加入一半用水量和外加剂搅拌 2 mi n , 最后 加入剩余用水量搅拌。 搅拌采用强制式搅拌机以尽量避免在搅拌 过程中玻璃纤维投入后被水泥浆包裹而成团, 影响成型试件的 质量。 G F R C弯曲疲劳试验采用尺寸为 1 0 0 mmx l 0 0 mmx 4 0 0 i n l r l 的梁式试件 , 玻璃纤维体积掺量分别为 0 、 0 8 和 1 , 标准养 护至 3 个月后进行试验, 以减少龄期对疲劳结果的影响。 1 3试 验 方 法 疲劳试验设备由MT S 8 1 0材料试验机和 D H1 5 2 0 2动态应 变仪组成, 采用三分点( 5 0 + 3 1
12、0 0 + 5 0 ) 弯曲加载方式( 见图 1 ) , 波形为正弦波 , 加载频率为 1 0 H z , 位移控制模式, 采用 0 8 0 、 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图 1 疲劳试验加载装置 0 7 5 、 0 7 0三种应力水平 5 ( 施加的最大应力值与试件的静载 抗折强度之比值) , 应力比R( 作用在试件上的最小载荷和最大 载荷的比值) 取 O 1 。 在试件底部粘贴应变片, MT S 测试系统自动 记录载荷、 载荷循环次数等试验数据。 动态应变采集系统同步自 动采集试件的应变数据, 采集频率为 1 0 0 H z 。 在同一 MT S试验机
13、上测得不同纤维掺量试件的静载抗折 强度( 见表 2 ) , 然后根据静载试验结果进行疲劳试验。 按照有关 土木行业规范的规定, 如果试件经过 2 x l O 次疲劳加载循环后仍 不破坏, 则认为它可以承受无限次循环载荷, 也就是说有无限 寿命硼 。 因此本次试验中若试件的循环次数达到 2 x 1 0 次仍不 破坏则停止试验。 作为对比试验, 素混凝土和 GF R C试件都进行 三组载荷水平试验, 每组应力水平普通混凝土试件数量为 3根, 每种掺量GF R C试件数量为 6根。 对每组试件数量, 应用概率分 析方法进行检验 , 对不满足检验要求的试件剔除后增补试件数 量, 保证每组有效试件数量满
14、足试验要求。 由表 2可以看出, 两 种掺量 G F R C的静载抗折强度都高于普通混凝土材料。 表 2 GF RC静载抗折强度试验值 2 试验结果及分析 2 1 GF RC试件 的疲劳寿命 不同应力水平作用下, GF R C试件的疲劳寿命见表 3 。 表 3 GF R C疲劳寿命试验结果 为了说明 G F R C优 良的疲劳性能, 将相同配合比的普通混 凝土试件( 即掺量为 0的试件) 与 GF RC试件的弯曲疲劳试验 结果进行对比, 对比结果如表 4 所示。 表 4 GF R C与普通混凝土疲劳试 验结果 比较 由表 4可以发现, 在循环载荷作用下, G F R C的疲劳寿命明 显高于普通
15、素混凝土材料。 具体表现为同一应力水平 S 一下, GF R C的疲劳寿命是基准混凝土材料的2 3 倍 , 在高应力水平 下该数值更是偏大 ; 而且随着纤维体积掺量的增加 , 疲劳寿命 也随之增大。 这些结果都说明了在混凝土基材中加入玻璃纤维 后 , 材料的耐疲劳性能确实可以得到较大的改善。 2 2 G F RC疲劳寿命的统计分析 由于混凝土本身就是一种离散性很大的材料 , 加之疲劳试 验结果的离散性也是众所周知的嘲 。 从表 3的试验结果可以看 出, G F R C的疲劳寿命离散性较大, 只有借助科学的、 合理的统 计方法对试验结果进行分析, 才能用较小的样本得到比较可靠 的结果。 用于描述
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