纖維混凝土在梁柱節點的力學性能與應用

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摘要：纖維混凝土憑供其良好的性能，因而在建筑工程中被廣泛地應用與推廣，本文主要就纖維混凝土在梁柱節點的應用進行探究，首先分析纖維混凝土的性能，再探究鋼纖維在異形柱節點的應用，以供參考。

關鍵詞：纖維混凝土；收縮性能；配合比

引言

纖維混凝土，又被稱作纖維增強混凝土，是以水泥凈漿、砂漿或者混凝土作作為基材，用適量的連續的長纖維非連續的短纖維作為增強的材料，均布地摻和在混凝土中，成為一種可噴射、可澆注的材料，從而形成一種增強型建筑材料。下文主要圍繞纖維混凝土在梁柱節點的應用進行

1.纖維混凝土的作用

纖維混凝土的作用決定于纖維自身的性質及其混凝土基體里散布混合的狀態。纖維加入水泥基體中主要有以下作用：

（1）阻裂：可以使水泥基體中原有缺陷的擴展得到有效的控制，同時可新裂縫出現的情況減少，它可以有效地減少甚至消除宏觀裂縫的出現。

（2）防滲：因可以使水泥基體中的連通裂縫有效地減少，所以可以避免外界水分侵入。

（3）耐久：可以使水泥基抗疲勞與體抗凍等性能有效地增強，從而提高混凝土的耐久性。

（4）增韌和抗沖擊：可以使水泥基體耐受變形的能力有效地提高，從而使韌性與抗沖擊性有效地增強。

2.鋼纖維在異形柱節點中的力學性能與應用

2.1試件設計及試驗方法

在本試驗設計中，一共進行了4個異形柱中節點試件的設計，其中以普通混凝土澆筑在試件J-+ 在中節點核心區，以鋼纖維混凝土在J-+a在中節點核心區中澆筑，J-+b在中節點核心區澆筑鋼纖維混凝土并向梁內延伸一倍的有效梁高275mm，J-+c在中節點核心區澆筑鋼纖維混凝土并向梁內延伸兩倍的有效梁高550mm。試件的尺寸及配筋情況如圖 1所示。節點的混凝土強度等級為c45。在制作試件時每批次混凝土和鋼纖維增強的混凝土分別預留3個立方體試塊和3個棱柱體試塊，用測試節點試件的立方體軸心抗壓強度、抗壓強度以及彈性模量等。利用靜力加載進行試驗的加載，加載的裝置如圖2。

圖1 試件的尺寸及配筋情況（單位：mm）

圖2 加載裝置

和沒有應用鋼纖維進行增強作用的異形柱中節點J-+相比較，應用了鋼纖維的異形柱中節點J-+a、J-+b和J-+c，它的核心區的裂縫數量在對比下更多而且更細，在節點核心區都出現了裂縫，這個裂縫呈現“x”形。因為鋼纖維表示出增強效應，因此它的核心區腹板的裂縫較為緩慢地開展，同時裂縫的寬度都很小，這就表明了鋼纖維可以有效地抑制中節點核心區的裂縫發展，試件進行破壞的時候，在試件J-+a、J-+b及J-+c上，因為鋼纖維起到了黏結作用，導致其核心區腹板的混凝土結構裂但是不碎，同時并沒有出現脫落的現象，最終破壞形態并沒有試件J-+上呈現的形態的嚴重，證明了應用了鋼纖維的混凝土能夠起到明顯增強中節點的破壞形態的作用。

2.2承載能力及變形能力

對于異形柱中節點，其位移、荷載以及延性系數可見下表3，對于 異形柱中節點J-+a、J-+b及J-+c，由于它們利用了鋼纖維增強，在 開裂荷載方面同，它們要遠遠比并沒有利用鋼纖維增強的異形柱中節點J-+的大，由此可以證明加入鋼纖維能夠使試件的抗裂能力有效地增強。同時，在屈服荷載和極限荷載方面，試件J-+a、J-+b及J-+c 的數值也要比試件J-+大得多，這就證明了鋼纖維可以有效地避免裂縫的發展，使試件的承載能力增強。對試件J-+a、J-+b及J-+c 進行對比研究，發現在極限荷載方面，試件J-+b的值最大，也就是將鋼纖維混凝土澆筑在中節點核心區時，同時向梁內延伸一倍的有效梁高的試件的承載能力最好。對于異形柱中節點J-+a、J-+b及J-+c，由于利用了鋼纖維增強的，它們的位移都要比J-+的相應位移大，可以說明加入鋼纖維可以使試件的變形能力也明顯提高。根據研究數據表明，一般情況下，結構位移延性系數的取值一般在3-5之間，以確保結構構件具有相對較高的曲率延性，便結構提高抗震性。本試驗中，經計算得到的中節點的位移延性系數平均值都在這個范圍內，說明試件的延性都達到要求。其中J-+b的延性系數的數值最大，節點的延性也最好，表明鋼纖維對試件的延性能夠產生直接的影響，這在很大程度上是由于鋼纖維跨越斜裂縫，發揮出相當于鋼筋的效果，承擔了一部分混凝土的開裂釋放應力，使裂縫的開展得到了有效的控制，增強混凝土與鋼筋間的握裹力，使它們之間的黏性性能增強，同時增強裂縫之間骨料膠合的效果，減少甚至避免混凝土脆性破壞；改善混凝土的韌性，進而起到提高異形柱節點的變形能力。

表1 中節點的承載力、位移及延伸性系數

總結語

將纖維混凝土應用于梁柱節點中可以起到增強其承載力、減少裂縫的作用。但是，纖維混凝土在我國的推廣與應用還需要設計、生產、施工、科研單位通力合作，本著創新精神，盡快完善纖維混凝土的各項相關技術標準、規范規程，以期更好地指導纖維混凝土應用于工程當中。

參考文獻：

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[2]楊勇，任青文.鋼纖維混凝土力學性能試驗研究[j]河海大學學，2010（05）