基于抗火性能的混杂纤维自密实混凝土设计(3)——高温弯曲性能

测试了钢纤维混杂聚丙烯纤维自密实混凝土高温下的弯曲性能。研究发现,高温下混凝土的弯曲性能明显低于高温后的弯曲性能;高温下,纤维自密实混凝土、混杂纤维自密实混凝土的抗弯强度和弯曲韧性均随着温度的升高而不断降低;混杂纤维自密实混凝土在高温下的弯曲性能要优于普通自密实混凝土、聚丙烯纤维自密实混凝土以及钢纤维自密实混凝土。钢纤维与聚丙烯纤维以及钢纤维与聚乙烯醇纤维在高温下均表现出了明显的正混杂效应;聚丙烯纤维有利于抵抗混凝土爆裂,钢纤维对于提高混凝土高温下的剩余承载能力具有重要作用。     

钢筋钢纤维自密实混凝土梁弯曲性能及变形预测

基于有效截面惯性矩,提出了钢筋钢纤维自密实混凝土梁式构件（R/SFRSCC）瞬时弯曲挠度的简化模型。与普通钢筋混凝土梁式构件不同,R/SFRSCC需要考虑受拉区开裂截面钢纤维对梁式构件截面惯性矩的贡献,并基于内力平衡和应变协调计算了梁式构件开裂截面的中和轴高度。为研究钢纤维对钢筋自密实混凝土梁式构件瞬时弯曲变形性能的影响并验证预测模型的准确性,对9根钢筋钢纤维自密实混凝土梁式构件进行了四点抗弯试验,以钢纤维掺量和纵筋配筋率为主要变化参数。结果表明,钢纤维的掺入可以显著提高钢筋自密实混凝土梁式构件开裂后的截面抗弯刚度。正常使用阶段,掺入30 kg/m3和50 kg/m3的钢纤维可使钢筋自密实混凝土梁式构件开裂后的截面抗弯刚度提高26%～117%,但钢纤维的作用随着纵筋配筋率的增加而减弱。采用提出的瞬时挠度简化模型,对比了预测的与实测的钢筋屈服前荷载-跨中挠度曲线,两者吻合较好,模型可用于钢筋钢纤维自密实混凝土梁式构件瞬时弯曲变形的预测。     

基于抗火性能的混杂纤维自密实混凝土设计(2)——常温力学性能

在混杂纤维自密实混凝土高温下内部蒸汽压力测试研究的基础上,对混凝土配合比进行了优选,主要通过坍落流动度试验、J-环试验、U形管试验以及L-槽试验研究了所筛选的混杂纤维自密实混凝土的工作性,并测试了其常温力学性能。研究发现,钢纤维的引入会降低新拌自密实混凝土的工作性,而钢纤维与PVA纤维混杂以及钢纤维与PP纤维混杂对自密实混凝土的工作性影响较小;钢纤维与PP纤维的混杂对新拌自密实混凝土工作性影响最小;钢纤维或者混杂纤维的引入并没有明显地影响自密实混凝土的抗压强度,而抗弯强度得到了显著提高;相比于单掺钢纤维自密实混凝土,混杂纤维并没有进一步提高自密实混凝土的抗弯强度,但是弯曲韧性有较为明显的提高。     

钢纤维对自密实混凝土断裂性能的影响

通过三点弯曲梁实验和诱导开裂实验,探讨了钢纤维体积率和钢纤维类型对自密实混凝土断裂性能的影响,研究钢纤维自密实混凝土断裂韧度(KIC)、断裂能(Gf)等断裂参数与钢纤维含量特征参数的关系。试验结果表明:钢纤维的加入可以极大地改善自密实混凝土的断裂性能;随着纤维体积率的增加,钢纤维自密实混凝土断裂参数均有不同程度的提高;与波纹型钢纤维相比,弓字型钢纤维可以极大地改善高强混凝土的断裂性能。     

钢纤维对喷射混凝土方板早龄期弯曲性能的影响

为了研究隧道支护层钢纤维喷射混凝土在早龄期的力学性能,参照欧洲喷射混凝土标准(EFNARC),对不同掺量的钢纤维喷射混凝土方板进行试验研究,并与传统钢筋挂网喷射混凝土方板进行了对比.通过对10,30,48h龄期钢纤维喷射混凝土方板的荷载-位移曲线及能量吸收能力的比较,分析了不同钢纤维掺量喷射混凝土方板与钢筋挂网喷射混凝土方板的弯曲性能.结果表明:钢纤维可以显著提高早龄期混凝土的抗冲切能力;当钢纤维掺量超过20kg/m~3时,钢纤维喷射混凝土方板由脆性冲切破坏变为弯曲破坏.     

钢纤维混凝土抗弯性能及断面处纤维分布规律研究

通过对5组钢纤维自密实混凝土的抗弯性能试验,对其抗弯性能进行分析,采用新方法统计和分析钢纤维自密实混凝土试件断面纤维的分布规律,对比钢纤维自密实混凝土力学性能与纤维分布的关系。研究结果表明:钢纤维掺量越大或纤维长度越长,抗弯性能和弯曲韧性越好;纤维掺量越多,在混凝土中纤维根数越多,断面处纤维分布越均匀;钢纤维掺量、钢纤维在试件断面处分布的均匀程度、根数及钢纤维外露长度与角度的不同,影响钢纤维自密实混凝土试件的抗弯强度与弯曲韧性。     

钢纤维高强混凝土四桩承台受弯性能及承载力计算方法研究

为研究钢纤维高强混凝土四桩承台的受力性能,基于17个钢纤维高强混凝土承台试件的受弯试验,分析了不同钢纤维体积率、承台有效厚度、钢筋配筋率、混凝土强度承台的裂缝开展和破坏形态、荷载 挠度曲线、钢筋和混凝土应变特征以及承台破坏机理。结果表明：底部配筋率为0.16%~0.52%的钢纤维高强混凝土四桩承台呈现受弯破坏形态,弯曲拉应力由钢筋和钢纤维混凝土共同承担;随着承台有效厚度和钢纤维体积率的增加,承台受弯承载力显著提高。依据研究结果提出了钢纤维高强混凝土四桩承台受弯破坏计算模型,建立了钢纤维高强混凝土四桩承台受弯承载力计算式,为完善CECS 38：2004《纤维混凝土结构技术规程》提供参考。     

钢纤维自密实高强混凝土的制备技术

通过坍落扩展度、T500、U型仪和L型仪等测试方法探讨了不同水胶比、砂率及不同钢纤维掺量条件下,钢纤维自密实高强混凝土的制备技术,研究了不同条件下制备的钢纤维自密实高强混凝土力学性能。结果显示,在试验条件下,适宜水胶比及砂率条件下钢纤维混凝土满足自密实混凝土工作性能要求;随着钢纤维掺量的增加,钢纤维自密实混凝土的强度提高,混凝土流动性降低。研究制得的钢纤维高强混凝土在满足自密实性能要求条件下,抗压强度达到CF90技术要求,抗折强度>11.0 MPa。     

钢纤维高强混凝土弯曲性能试验研究

通过51根尺寸为150mm×150mm×550mm及51根尺寸为100mm×100mm×400mm的高强混凝土和钢纤维高强混凝土小梁的弯曲试验,探讨了钢纤维高强混凝土弯曲条件下的裂缝发展、破坏形态以及钢纤维高强混凝土小梁试件的尺寸效应,研究了钢纤维体积率和钢纤维类型对钢纤维高强混凝土抗折初裂强度和抗折极限强度的影响.     

混合钢纤维对快硬自密实混凝土弯曲协同效能研究

参照ASTMC 1609和JSCE SF-4评价方法,研究了混合端钩钢纤维和直钢纤维增强快硬自密实混凝土的弯曲性能。与同等掺量的单掺钢纤维相比,掺入混合钢纤维,可显著改善混凝土的力学性能,提高混凝土的弯曲韧性和抗弯强度。推导的混合钢纤维混凝土的抗弯强度公式,可用于调整端钩钢纤维和直钢纤维的掺量。比较混掺不同掺量的钢纤维混凝土的协同效能表明,掺0.3%直钢纤维和0.5%端钩钢纤维的协同效能最好。     

HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱抗震性能研究

为研究HRB600级钢筋高强高性能混凝土柱的抗震性能，进行了6根大尺寸方形截面(600mm×600mm)混凝土柱在高轴压比条件下的低周反复荷载试验，包括2根HRB600级钢筋普通高强混凝土柱和4根HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱，对比分析了各试件的破坏形态、滞回性能、承载力、刚度退化规律、延性和耗能能力。在试验基础上建立了HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱的恢复力模型。研究结果表明：钢纤维可以减小高强混凝土柱的裂缝宽度，有效防止混凝土保护层脱落，减小柱的残余变形，提高柱的震后恢复性能；HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱的变形能力良好，随着钢纤维掺量的增加，高强混凝土柱的位移延性系数逐渐增大；基于试验数据建立的HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱恢复力模型计算精度良好；该类型柱可较好地满足现行抗震设计规范要求，宜于推广应用。     

钢纤维自密实混凝土荷载-位移曲线研究

在自密实混凝土中加入能起到增加强度和抵抗裂缝发展的钢纤维,从而形成一种新型复合材料,即成为钢纤维自密实混凝土。其克服了自密实混凝土的脆性问题,能有效提高混凝土强度和韧性。通过弯曲梁实验方法,分析研究了钢纤维不同尺寸、不同掺入率对自密实混凝土荷载位移曲线的影响,从而可进一步分析确定自密实混凝土中掺入钢纤维的尺寸类型和掺入量。     

钢筋钢纤维高强混凝土板冲切承载力

通过对6块尺寸为1 800 mm×1 800 mm×150 mm钢纤维高强混凝土板的冲切试验,研究混凝土强度等级和钢纤维体积率对板冲切极限承载力的影响。结果表明:钢纤维高强混凝土板冲切破坏之前的变形主要是弯曲变形,钢纤维的掺入提高了钢筋混凝土板的冲切承载力。在试验结果的基础上,运用统一强度理论和塑性极限分析方法,建立钢筋钢纤维高强混凝土板冲切极限承载力的计算公式。     

HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱的受压性能

为了解HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱的受压性能,推动高强钢筋和高强混凝土的工程应用,进行了 3根混凝土强度等级为C80、截面尺寸为600mmx600mm、不同偏心距的HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱的受压试验,分析了其破坏特征、变形能力和材料应变发展规律,并与相应的HRB600级钢筋高强混凝土柱受压试验结果进行了比较.试验结果表明:在高强混凝土中掺入适量钢纤维,可以使柱的裂缝宽度明显减小、裂缝间距缩短,降低柱的损伤程度,提高其延性和变形能力,增强HRB600级钢筋与高强混凝土的协同工作性能,使两种材料的强度优势得以充分发挥,获得高性能的柱构件.     

装配式高强钢筋钢纤维混凝土框架节点抗震性能试验研究

为研究装配式高强钢筋钢纤维混凝土框架节点的抗震性能,对2个预制装配式混凝土节点试件和1个现浇普通混凝土节点试件进行低周往复荷载试验,对比分析装配式混凝土节点试件的破坏特征、滞回特性和耗能能力等抗震性能指标。结果表明：节点核心区加入工字钢的装配式高强钢筋钢纤维混凝土梁柱中节点试件发生梁端弯曲破坏,满足“强柱弱梁”的抗震设计要求;普通现浇节点和采用钢板焊接端板连接的节点均发生节点核心区剪切破坏,而装配式混凝土节点核心区破坏程度较轻;在节点核心区及后浇区加入钢纤维能减少裂缝宽度,延缓裂缝传播,减轻核心区混凝土剥落程度,改善节点破坏形态;预制装配式混凝土梁柱节点试件的极限荷载、滞回性能和耗能能力均得到提高,刚度退化得到减缓,从而改善预制混凝土框架节点的抗震性能。     

钢筋钢纤维增强混凝土板冲切性能试验研究

对13块无腹筋简支整浇钢筋钢纤维高强混凝土双向板进行试验,分析混凝土强度、钢纤维体积率和钢纤维掺加范围对板冲切性能的影响。试验结果表明:钢纤维的掺入对钢筋高强混凝土板的冲切性能的改善比较显著。随着钢纤维掺加范围的增加,局部钢纤维高强混凝土板冲切极限承载力和韧性呈线性提高,但掺加范围增大到2倍板厚时,再继续增加掺加范围冲切性能基本不再变化,可以通过该措施来减少钢纤维用量。     

型钢-方钢管自密实高强混凝土轴压短柱受力性能的试验研究

提出了一种重载柱设计的模式,即型钢-方钢管自密实高强混凝土柱。该组合柱是在方钢管中填充自密实高强混凝土和型钢而形成。通过13根型钢-方钢管自密实高强混凝土短柱的轴心受压试验,研究了该组合柱的受力性能。试验结果表明自密实试件与经过振捣的试件的受力性能几乎没有差别;型钢的存在有效地延缓或抑制了高强混凝土中剪切裂缝的产生从而提高了构件的延性;混凝土强度、方钢管的宽厚比和型钢的用量对构件的强度和延性有着显著影响。最后给出了型钢-方钢管自密实高强混凝土轴心受压短柱强度承载力的计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。     

钢纤维自密实混凝土性能试验研究

为了充分发挥钢纤维混凝土高强高韧性和自密实混凝土优良的施工性能,对原材料进行优化选择,并合理设计配合比,成功配制出高性能钢纤维自密实混凝土。主要进行了钢纤维自密实混凝土力学性能试验研究和工艺性能试验研究。研究结果表明：钢纤维自密实混凝土力学性能优良,钢纤维分散均匀性良好,适用于配筋密集、作业空间小以及其他复杂工程结构中。     

纤维超高强混凝土的制备及力学性能试验研究

为提高高强、超高强混凝土的韧性和抗开裂性能,采用复合超叠加技术在配制出抗压强度110MPa以上基体混凝土的基础上,分别配制出了钢纤维增强超高强混凝土、PVA纤维增强高强混凝土,同时对不同体积掺量的两种纤维混凝土进行了立方体抗压、轴向抗压、劈裂抗拉、抗弯性能和弹性模量等力学性能的测试,并对超高强纤维混凝土进行了弯曲韧性的试验研究.结果表明,钢纤维时高强混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度有一定的增强作用,PVA纤维却降低了高强混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度.两种纤维都能明显改善基体混凝土的劈裂抗拉强度、抗弯强度及弯曲韧性.对此种超高强基体混凝土,钢纤维的增强增韧效果明显好于PVA纤维.     

混杂纤维高强自密实混凝土弯曲韧性试验

为探究混杂纤维改性混凝土的韧性作用机理,以镀铜微丝钢纤维和纳米碳纤维掺量为参数,制备了混杂纤维高强自密实混凝土,进行了弯曲韧性试验。基于试验数据,绘制荷载 挠度曲线,以弯曲韧度比为量化指标,采用数值分析方法对试件样本空间进行扩参数分析。结果表明:纳米碳纤维与镀铜微丝钢纤维在高强自密实混凝土开裂的不同阶段发挥不同层次的改性作用,使混凝土峰值荷载变形得以改善的同时,提高其极限荷载、初始弯曲韧度比和弯曲韧度比;初始弯曲韧度比最大提高幅度为34.5%,HS-S9C6试验组弯曲韧度比达0.84,且随挠度增长,弯曲韧度比下降速率较慢,混杂纤维较好地发挥了改性高强自密实混凝土的韧性作用。