鋼纖維鋼筋混凝土梁開(kāi)裂荷載影響因素研究

劉偉生, 張　恒

(山東科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院， 山東青島 266590)

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鋼纖維鋼筋混凝土梁開(kāi)裂荷載影響因素研究

劉偉生, 張恒

(山東科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院， 山東青島 266590)

采取梁截面b×h為120 mm×200 mm、長(zhǎng)為2 100 mm的試件，進(jìn)行加載試驗(yàn)，探究鋼纖維體積率、鋼纖維鋪設(shè)層厚及腐蝕時(shí)間對(duì)鋼纖維鋼筋混凝土開(kāi)裂荷載的影響。結(jié)果表明，鋼纖維鋼筋混凝土梁開(kāi)裂荷載受鋼纖維體積率、鋼纖維混凝土層厚及試件梁腐蝕時(shí)間而影響程度不同。鋼纖維層厚對(duì)鋼纖維混凝土梁的開(kāi)裂荷載的影響作用最為突出，鋼纖維體積率的影響作用較為突出。

混凝土梁；鋼纖維；開(kāi)裂荷載；體積率；腐蝕時(shí)間；鋼纖維厚度

隨機(jī)分布的鋼纖維加入普通混凝土中所產(chǎn)生的一種高性能建筑材料，即為鋼纖維混凝土[1]。與普通混凝土相比，鋼纖維混凝土有較強(qiáng)的抗彎強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗腐蝕性、阻礙裂縫發(fā)展等優(yōu)良性能。由于鋼纖維在高層建筑中的大規(guī)模使用，研究鋼纖維鋼筋混凝土裂縫開(kāi)裂荷載影響因素具有重大意義。同其他發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)研究制造鋼纖維時(shí)間較短，技術(shù)還不太成熟。本文通過(guò)試驗(yàn)來(lái)探究鋼纖維體積率、鋼纖維鋪設(shè)層厚和腐蝕時(shí)間對(duì)鋼筋混凝土梁開(kāi)裂荷載的影響程度。

1　試驗(yàn)概況

1.1試驗(yàn)材料

鋼纖維長(zhǎng)35 mm、等效直徑0.4 mm,可以得出長(zhǎng)徑比為87.5，其截面形狀為圓形。水泥采用中聯(lián)水泥公司生產(chǎn)的P.O 42.5級(jí)水泥。普通中砂細(xì)骨料，普通碎石粗骨料，生活用水和直徑12 mm的熱軋帶肋鋼筋。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)梁為總長(zhǎng)度2 100 mm、截面尺寸為120 mm×200 mm的構(gòu)件，運(yùn)用兩端對(duì)稱加載，即加載段長(zhǎng)1 800 mm，支座外均為150 mm的加載方式進(jìn)行試驗(yàn)，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法對(duì)梁進(jìn)行研究，具體設(shè)計(jì)見(jiàn)表1，試驗(yàn)加載見(jiàn)圖1。

表1　試驗(yàn)梁設(shè)計(jì)方案

圖1　試驗(yàn)加載裝置

1.3試驗(yàn)結(jié)果分析

為了使結(jié)果更為顯明，運(yùn)用直觀分析的方法，對(duì)試驗(yàn)各因素及各因素對(duì)混凝土梁開(kāi)裂荷載影響進(jìn)行分析研究，具體結(jié)果如下。

1.3.1鋼纖維體積率

從圖2可以看出，鋼纖維混凝土梁受彎承載力受鋼纖維體積率的影響巨大，即當(dāng)鋼纖維體積率越來(lái)越大，開(kāi)裂荷載也隨之增加。根據(jù)試驗(yàn)得出當(dāng)鋼纖維體積率為0.6%時(shí)，鋼纖維混凝土梁開(kāi)裂荷載提高了約26.9%；當(dāng)鋼纖維體積率為1.3%時(shí)，鋼纖維混凝土梁開(kāi)裂荷載的提高幅度約為38.4%；當(dāng)鋼纖維體積率為2.0%時(shí)，鋼纖維混凝土梁開(kāi)裂荷載的提高幅度約接近1倍。可以得到鋼纖維鋼筋混凝土梁開(kāi)裂荷載受鋼纖維體積率的影響程度突出。

圖2　開(kāi)裂承載力與鋼纖維體積率關(guān)系

1.3.2鋼纖維混凝土厚度

從圖3可以看出鋼纖維鋼筋混凝土梁開(kāi)裂荷載與鋼纖維層厚的關(guān)系，也就是隨著鋼纖維層厚的不同，鋼纖維鋼筋混凝土梁開(kāi)裂荷載也有不同幅度的增減。當(dāng)鋼纖維層厚50 mm，即為2倍混凝土梁保護(hù)層厚度時(shí)，鋼纖維鋼筋混凝土梁開(kāi)裂荷載比普通混凝土梁提高了近1/3；當(dāng)鋼纖維層厚為100 mm(梁高度的一半)時(shí)，開(kāi)裂荷載提高幅度又明顯的降低，但相比普通混凝土梁還略有提高。總之，這些數(shù)據(jù)可以看出，鋼纖維層厚對(duì)試驗(yàn)梁開(kāi)裂荷載的影響程度明顯。

圖3　開(kāi)裂承載力與鋼纖維層厚關(guān)系

1.3.3梁腐蝕時(shí)間

圖4清晰地呈現(xiàn)了鋼纖維鋼筋混凝土梁在腐蝕50d后開(kāi)裂荷載明顯的降低，然而混凝土梁開(kāi)裂荷載隨著腐蝕時(shí)間的增加又增大，其增長(zhǎng)到的最大值仍小于無(wú)腐蝕時(shí)的開(kāi)裂荷載。當(dāng)腐蝕后，由于鋼筋與混凝土間的粘結(jié)力受水的影響而降低，使開(kāi)裂荷載明顯降低，然而當(dāng)腐蝕發(fā)展到一定的程度時(shí)，腐蝕產(chǎn)物反而提高了鋼筋與混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度使得開(kāi)裂荷載小程度的提升。

2　試驗(yàn)結(jié)論

(1)鋼纖維層厚對(duì)鋼纖維混凝土梁的開(kāi)裂荷載的影響作用最為突出，鋼纖維體積率的影響作用較為突出,即鋼纖維層厚度為2倍的混凝土保護(hù)層厚時(shí)開(kāi)裂荷載提高最強(qiáng)，鋼纖維體積率為2.0%時(shí)開(kāi)裂荷載提高幅度最大。

(2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以得出，在混凝土厚度為50 mm，鋼纖維體積率為0.2%時(shí)，鋼纖維混凝土梁開(kāi)裂荷載最大。

圖4　開(kāi)裂承載力—梁腐蝕時(shí)間關(guān)系

(3)通過(guò)試驗(yàn)得出腐蝕環(huán)境對(duì)鋼纖維鋼筋混凝土梁和普通鋼筋混凝土梁的開(kāi)裂荷載有負(fù)作用，即開(kāi)裂荷載都不同程度地降低，與普通混凝土梁相比，鋼纖維混凝土梁開(kāi)裂荷載受腐蝕時(shí)間影響較小，因?yàn)殇摾w維的存在可以在一定程度上減少腐蝕液體對(duì)于受力鋼筋的腐蝕。

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劉偉生(1991～)，男，研究生，研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)工程 。

TU529.572； TU502+.6

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[定稿日期]2016-05-11