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鋼纖維鋼筋混凝土梁開(kāi)裂荷載影響因素研究

2016-09-14 08:43:47劉偉生
四川建筑 2016年4期
關(guān)鍵詞:混凝土影響

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。

[1]黃承逵.纖維混凝土結(jié)構(gòu)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[2]貢金鑫,趙國(guó)藩.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的進(jìn)展[J].工業(yè)建筑,2000(5):1-5.

[3]趙軍,朱海堂,高丹盈.鋼筋鋼纖維增強(qiáng)部分混凝土梁正截面抗裂計(jì)算方法[J].工業(yè)建筑,2001,31(3).

[4]管巧燕.鋼筋鋼纖維高強(qiáng)混凝土梁受彎性能研究[D].鄭州:鄭州大學(xué),2005.

[5]Tattersall G H,Urbanowicz C R.Bond strength in Steel Fiber Reinforced Concrete,Magazine of Concrete Research[J].1974,26(87):105-113.

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[7]胡融剛.鋼筋混凝土體系腐蝕過(guò)程中的電化學(xué)過(guò)程研究[D].廈門:廈門大學(xué),2004.

[8]高丹盈,劉建秀.鋼纖維混凝土基本理論[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,1994.

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

TU529.572; TU502+.6

B

[定稿日期]2016-05-11

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