纖維混凝土在梁柱節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能與應(yīng)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(yīng)用與推廣，本文主要就纖維混凝土在梁柱節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用進(jìn)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(jié)點(diǎn)的應(yīng)用，以供參考。

關(guān)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(qiáng)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(xù)的長纖維非連續(xù)的短纖維作為增強(qiáng)的材料，均布地?fù)胶驮诨炷林校蔀橐环N可噴射、可澆注的材料，從而形成一種增強(qiáng)型建筑材料。下文主要圍繞纖維混凝土在梁柱節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用進(jìn)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(zhì)及其混凝土基體里散布混合的狀態(tài)。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(kuò)展得到有效的控制，同時(shí)可新裂縫出現(xiàn)的情況減少，它可以有效地減少甚至消除宏觀裂縫的出現(xiàn)。

（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(qiáng)，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(qiáng)。

2.鋼纖維在異形柱節(jié)點(diǎn)中的力學(xué)性能與應(yīng)用

2.1試件設(shè)計(jì)及試驗(yàn)方法

在本試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，一共進(jìn)行了4個(gè)異形柱中節(jié)點(diǎn)試件的設(shè)計(jì)，其中以普通混凝土澆筑在試件J-+ 在中節(jié)點(diǎn)核心區(qū)，以鋼纖維混凝土在J-+a在中節(jié)點(diǎn)核心區(qū)中澆筑，J-+b在中節(jié)點(diǎn)核心區(qū)澆筑鋼纖維混凝土并向梁內(nèi)延伸一倍的有效梁高275mm，J-+c在中節(jié)點(diǎn)核心區(qū)澆筑鋼纖維混凝土并向梁內(nèi)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(jié)點(diǎn)的混凝土強(qiáng)度等級為c45。在制作試件時(shí)每批次混凝土和鋼纖維增強(qiáng)的混凝土分別預(yù)留3個(gè)立方體試塊和3個(gè)棱柱體試塊，用測試節(jié)點(diǎn)試件的立方體軸心抗壓強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度以及彈性模量等。利用靜力加載進(jìn)行試驗(yàn)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(yīng)用鋼纖維進(jìn)行增強(qiáng)作用的異形柱中節(jié)點(diǎn)J-+相比較，應(yīng)用了鋼纖維的異形柱中節(jié)點(diǎn)J-+a、J-+b和J-+c，它的核心區(qū)的裂縫數(shù)量在對比下更多而且更細(xì)，在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)都出現(xiàn)了裂縫，這個(gè)裂縫呈現(xiàn)“x”形。因?yàn)殇摾w維表示出增強(qiáng)效應(yīng)，因此它的核心區(qū)腹板的裂縫較為緩慢地開展，同時(shí)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(jié)點(diǎn)核心區(qū)的裂縫發(fā)展，試件進(jìn)行破壞的時(shí)候，在試件J-+a、J-+b及J-+c上，因?yàn)殇摾w維起到了黏結(jié)作用，導(dǎo)致其核心區(qū)腹板的混凝土結(jié)構(gòu)裂但是不碎，同時(shí)并沒有出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象，最終破壞形態(tài)并沒有試件J-+上呈現(xiàn)的形態(tài)的嚴(yán)重，證明了應(yīng)用了鋼纖維的混凝土能夠起到明顯增強(qiáng)中節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)的作用。

2.2承載能力及變形能力

對于異形柱中節(jié)點(diǎn)，其位移、荷載以及延性系數(shù)可見下表3，對于 異形柱中節(jié)點(diǎn)J-+a、J-+b及J-+c，由于它們利用了鋼纖維增強(qiáng)，在 開裂荷載方面同，它們要遠(yuǎn)遠(yuǎn)比并沒有利用鋼纖維增強(qiáng)的異形柱中節(jié)點(diǎn)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(qiáng)。同時(shí)，在屈服荷載和極限荷載方面，試件J-+a、J-+b及J-+c 的數(shù)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(fā)展，使試件的承載能力增強(qiáng)。對試件J-+a、J-+b及J-+c 進(jìn)行對比研究，發(fā)現(xiàn)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(jié)點(diǎn)核心區(qū)時(shí)，同時(shí)向梁內(nèi)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(jié)點(diǎn)J-+a、J-+b及J-+c，由于利用了鋼纖維增強(qiáng)的，它們的位移都要比J-+的相應(yīng)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(jù)研究數(shù)據(jù)表明，一般情況下，結(jié)構(gòu)位移延性系數(shù)的取值一般在3-5之間，以確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有相對較高的曲率延性，便結(jié)構(gòu)提高抗震性。本試驗(yàn)中，經(jīng)計(jì)算得到的中節(jié)點(diǎn)的位移延性系數(shù)平均值都在這個(gè)范圍內(nèi)，說明試件的延性都達(dá)到要求。其中J-+b的延性系數(shù)的數(shù)值最大，節(jié)點(diǎn)的延性也最好，表明鋼纖維對試件的延性能夠產(chǎn)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(fā)揮出相當(dāng)于鋼筋的效果，承擔(dān)了一部分混凝土的開裂釋放應(yīng)力，使裂縫的開展得到了有效的控制，增強(qiáng)混凝土與鋼筋間的握裹力，使它們之間的黏性性能增強(qiáng)，同時(shí)增強(qiáng)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(jìn)而起到提高異形柱節(jié)點(diǎn)的變形能力。

表1 中節(jié)點(diǎn)的承載力、位移及延伸性系數(shù)

總結(jié)語

將纖維混凝土應(yīng)用于梁柱節(jié)點(diǎn)中可以起到增強(qiáng)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(yīng)用還需要設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、科研單位通力合作，本著創(chuàng)新精神，盡快完善纖維混凝土的各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范規(guī)程，以期更好地指導(dǎo)纖維混凝土應(yīng)用于工程當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)：

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