纖維對(duì)混凝土疲勞性能的影響研究現(xiàn)狀

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）

0 引言

在實(shí)際工程中，許多結(jié)構(gòu)除了承受靜荷載外，還要承受動(dòng)荷載的作用，如吊車(chē)梁、海洋平臺(tái)、橋梁等。這些承受動(dòng)荷載作用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到交替變化的荷載作用，產(chǎn)生交替變化的應(yīng)變，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生低于靜載設(shè)計(jì)強(qiáng)度的破壞，即疲勞破壞[1]。混凝土結(jié)構(gòu)是當(dāng)今世界使用的主要結(jié)構(gòu)之一，混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，影響因素多，其中纖維摻量是影響混凝土疲勞性能的因素之一，諸多研究表明，纖維對(duì)混凝土疲勞性能影響顯著，因此，纖維混凝土疲勞性能的研究，是今后學(xué)者研究的主要方向之一。

1 混凝土疲勞累積損傷機(jī)理

對(duì)于混凝土的疲勞損傷理論，許多學(xué)者進(jìn)行了研究?；炷恋炔牧嫌捎趦?nèi)部的細(xì)觀缺陷當(dāng)受到外荷載和環(huán)境等因素作用時(shí)，材料的劣化過(guò)程稱為損傷?，F(xiàn)就常用兩種損傷理論簡(jiǎn)單介紹[6]。

1.1 Miner準(zhǔn)則

Miner在1945年提出了線性累計(jì)損傷理論，又稱Miner準(zhǔn)則，表達(dá)式：

式中，ni為給定應(yīng)力水平Si下的循環(huán)次數(shù)；Ni為該應(yīng)力水平下材料的疲勞壽命。

1.2 Henry損傷模型

Henry在1955年假設(shè)等幅疲勞S-N曲線為N(S-E)=k,假設(shè)等幅剩余S-N曲線為(N-n)(S-E’)=k’,由此推得等幅疲勞損傷為

2 纖維混凝土疲勞性能研究進(jìn)展

纖維混凝土作為一種新型的建筑材料在保留混凝土抗壓強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)的條件下，由于纖維在混凝土機(jī)中的三維亂向分布兼并了纖維抗拉強(qiáng)度比混凝土高得優(yōu)點(diǎn)，提高混凝土抗拉強(qiáng)度，改善混凝土的抗裂性能和混凝土變形能力，對(duì)混凝土的耐久性能也起到提高作用。近年來(lái)，諸多學(xué)者對(duì)纖維混凝土疲勞性能也進(jìn)行了試驗(yàn)研究，曹誠(chéng)[2]等，對(duì)聚丙烯纖維混凝土和普通混凝土分別進(jìn)行了疲勞性能試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：當(dāng)纖維摻量較低時(shí)，混凝土的疲勞性能得到明顯提高。陳拴發(fā)[3]的研究發(fā)現(xiàn)，在混凝土中摻入聚丙烯纖維可以顯著提高混凝土的彎曲疲勞性能，在大應(yīng)力作用下，聚丙烯纖維使混凝土的疲勞壽命成倍增長(zhǎng)。呂雁[4]研究了玻璃纖維摻量分別為0%、0.6%、0.8%和1%的玻璃纖維混凝土及普通混凝土的基本力學(xué)性能和抗彎曲疲勞性能及累積損傷研究，結(jié)果證明了，玻璃纖維混凝土疲勞壽命服從兩參數(shù)、三參數(shù)威布爾分布，玻璃纖維混凝土的疲勞強(qiáng)度高于普通混凝土和鋼纖維混凝土。呼鐵明[5]等，通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，鋼纖維自應(yīng)力混凝土加固簡(jiǎn)支連續(xù)梁，梁的負(fù)彎矩及跨中鋼筋應(yīng)力幅、裂縫寬度和跨中撓度較普通混凝土及剛纖維混凝土都明顯降低，梁的疲勞壽命提高，裂縫寬度較普通混凝土降低25.0%～32.0%。方志[6]等，研究了鋼纖維摻量對(duì)活性粉末混凝土抗疲勞性能的影響，研究表明：鋼纖維可明顯提高活性粉末混凝土的疲勞壽命和疲勞強(qiáng)度，并提出鋼纖維含量分別為1.5%和3%時(shí)，疲勞彈性模量與初始彈性模量的比值分別取0.7和0.75。鄧宗才[7]-[9]等，研究了碳纖維混凝土帶切口三點(diǎn)彎試驗(yàn)梁進(jìn)行了低周疲勞斷裂試驗(yàn)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):碳纖維混凝土的斷裂參數(shù)與循環(huán)加載幅值有關(guān)。在混凝土中加入碳纖維可明顯提高混凝土疲勞斷裂壽命，是是素混凝土的2.1～2.8倍。碳纖維混凝土能量吸收能力較素混凝土明顯提高，是素混凝土的9.5～13.2倍。對(duì)碳纖維、鋼纖維混凝土低周抗壓疲勞性能也進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，碳纖維和鋼纖維在低應(yīng)力水平時(shí)的疲勞壽命、能量吸收值均明顯高于高應(yīng)力水平相應(yīng)的值。朱翠冉[10]對(duì)在不同玄武巖纖維摻量、不同應(yīng)水平下鋼混凝土梁進(jìn)行等幅疲勞試驗(yàn)研究，對(duì)疲勞破壞特征、撓度、混凝土應(yīng)變、鋼筋應(yīng)變及梁的剛度進(jìn)行了分析，最后通過(guò)玄武巖纖維鋼筋混凝土梁的S-N曲線擬合不同體積摻量疲勞壽命方程。

綜合近年來(lái)研究成果，在混凝土中摻加聚丙烯纖維、鋼纖維、玻璃纖維、碳纖維均能改提高混凝土抗疲勞強(qiáng)度，延長(zhǎng)疲勞壽命，裂縫寬度減少，使混凝土的整體性更好，彈性模量明顯提高。但均是通過(guò)試驗(yàn)對(duì)纖維混凝土疲勞試驗(yàn)進(jìn)行研究，對(duì)于多因素下纖維混凝土疲勞性能的研究還有待進(jìn)一步深入，且對(duì)玻璃纖維、玄武巖纖維對(duì)混凝土疲勞性能的研究甚少，還需進(jìn)一步研究，以形成適合與玄武巖纖維混凝土疲勞性能的相關(guān)理論，促進(jìn)玄武巖纖維混凝土在土木工程領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

3.結(jié)語(yǔ)

工程中常用的纖維可分為，聚丙烯纖維、玻璃纖維、鋼纖維、碳纖維、玄武巖纖維等。通過(guò)對(duì)近年來(lái)纖維混凝土疲勞性能研究總結(jié)發(fā)現(xiàn)：在混凝土基體中摻入聚丙烯纖維、碳纖維、鋼纖維、玻璃纖維等得到的新型纖維增強(qiáng)混凝土，不僅混凝土抗拉強(qiáng)度、抗劈裂、變形能力均有提高，并且混凝土的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命也得到提高。對(duì)于多因素下纖維混凝土疲勞性能的研究還有待進(jìn)一步深入。但目前，對(duì)玄武巖纖維混凝土、玻璃纖維混凝土疲勞性能的研究尚不完善，玄武巖纖維對(duì)混凝土疲勞壽命、疲勞強(qiáng)度的影響還有待進(jìn)一步研究。因此，對(duì)玄武巖纖維混凝土抗疲勞性能的研究是混凝土研究的又一重要方向。

[1]辛雷，姜福香，蔣金洋，譚明，李福如.混凝土疲勞性能試驗(yàn)研究現(xiàn)狀[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào).2011.32(3):14-20.

[2]張偉，王生武，趙晶，改性聚丙烯纖維混凝土抗疲勞性能研究[J].山西建筑.2008（28）:5-6.

[3]曹誠(chéng)，劉家彬.聚丙烯纖維對(duì)混凝土動(dòng)力學(xué)特性的影響研究[J].2001（02）：18-20.

[4]陳拴發(fā).聚丙烯纖維混凝土彎曲疲勞性能[J].西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào).2008(02):64-67.

[5]呂雁.玻璃纖維混凝土的彎曲疲勞性能及累積損傷研究[D].昆明理工大學(xué)博士論文.2012.

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[9]鄧宗才.碳纖維、鋼纖維混凝土低周抗壓疲勞特性的試驗(yàn)研究[J].水利學(xué)報(bào).2001.(02)：38-43.

[10]朱翠冉.玄武巖纖維鋼筋混凝土梁疲勞試驗(yàn)性能研究[D].內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)碩士論文.2013.