UHPFRC受剪性能研讨
前言：本站为你精心整理了UHPFRC受剪性能研讨范文，希望能为你的创作提供参考价值，我们的客服老师可以帮助你提供个性化的参考范文，欢迎咨询。
本文作者：刁波、封云、叶英华、杨松霖单位：北京航空航天大学土木系、中建一局集团房地产开发有限公司、中国建筑设计研究院
超高性能基体混凝土采用PI42.5水泥，粉煤灰和硅灰的替代率分别为30%和10%，液态聚羧酸减水剂使水胶比降为0.15，减水剂液体含量包含在混凝土配合比总用水量中。超高性能混凝土用料及配比见表1。试件分A、B两类，两类试件都采用工程广泛应用的拉拔钢丝切断型超细纤维(简称“超细纤维”，记X)和拉拔钢丝切断型端弯纤维(简称“端弯纤维”，记W)，两种纤维详细参数见表2，纤维体积率根据前期材性试验结果［10］，取体积掺率为2%，按X∶W=3∶1混合比例。A类试件是超高性能混合钢纤维混凝土梁(尺寸为400mm×100mm×100mm，简称“纤维小梁”)力学性能试验;B类是配置550MPa纵向受拉钢筋的超高性能混合纤维混凝土无腹筋梁(尺寸为1200mm×220mm×120mm，简称“钢筋纤维梁”)受剪性能试验。为便于试验结果比较，均设计了相同基体混凝土对比梁。A类试件包括对比梁(编号分别为DA－1a和DA－1b)和纤维小梁(编号分别为A－2a、A－2b)两组，纤维小梁的纤维体积掺率为2%，超细纤维与端弯纤维的混合比例为3∶1。每组小梁有两个梁试件和3个100mm的立方体试件。B类钢筋纤维梁的纵向受拉钢筋为416(总面积804mm2)，配筋率为4%，钢筋实测屈服强度550MPa，极限强度700MPa。梁试件详细尺寸和钢筋布置见图1。梁试件按剪跨比分λ为2.5和3两组，每组包括两根无腹筋纤维梁(编号分别为BJ－2.5a、BJ－2.5b和BJ－3a和BJ－3b)和一根对比梁(DB－2.5和DB－3)，对比梁的尺寸、配筋、混凝土配比都与钢筋纤维梁相同，不同点是无钢纤维，B类总计6个梁试件;具体编号和相关参数见表3。图2为纤维小梁抗弯试验加载装置图，采用3分点加载，纯弯段长度为100mm。加载速度通过固定于梁跨中的位移传感器控制，跨中加载速率为0.3mm/min。试验在1000kN万能试验机上完成。钢筋纤维梁采取集中荷载加载方式，剪跨比为2.5的梁为两点加载，两加载点间距150mm;剪跨比为3的梁在跨中单点加载。加载装置如图3所示，千斤顶加载由荷载传感器读数。分级加载，当试验梁接近开裂及破坏时适当减少加载增量值，以便准确捕捉开裂荷载和极限荷载。测点布置见图1，受拉纵筋上预埋应变片，混凝土应变片布置在弯剪段可能出现斜裂缝的区域及混凝土剪压区并与斜裂缝方向垂直。试验梁的荷载、挠度、钢筋和混凝土应变等数据通过IMP(isolatedmeasurementpods)数据自动采集系统录入计算机，数据采集频率为1Hz。试验加载过程中，绘制了钢筋纤维梁的裂缝发展情况，同时用数码相机记录整个破坏过程。
纤维小梁试验结果及分析
纤维小梁的最终试验结果见表4，破坏形态见图4。由图4可见，对比小梁DA－1垂直裂缝一出现梁就断裂成两截，纤维小梁A－2垂直裂缝出现后由于纤维的“桥联”作用仍可继续加载。表4中纤维小梁和对比梁的开裂荷载相差不大，说明纤维对开裂荷载影响不大;对比梁的开裂荷载和极限荷载相等、而纤维小梁的极限荷载较开裂荷载平均提高63%;纤维小梁的极限荷载较对比梁平均提高57%，纤维小梁的抗弯强度较对比梁平均提高55%。表4中断裂能计算方法是根据文献［12］所使用的计算方法，即抗弯应力－挠度曲线积分至受弯试件跨中挠度为1.5mm。正是纤维在混凝土中的“桥联”作用，使纤维梁截面受弯承力得到提高，对比梁极限挠度未达到1.5mm。纤维小梁荷载－挠度曲线图5为纤维小梁与对比梁的荷载－挠度曲线。对比梁一旦开裂就丧失承载力，没有荷载－挠度曲线的下降段;纤维小梁开裂后仍能继续加载，且极限荷载后的荷载－挠度曲线下降缓慢，可见纤维小梁的延性和耗能能力明显好于对比梁。
钢筋纤维梁抗剪试验结果及分析
钢筋纤维无腹筋梁的抗剪试验结果见表5，破坏形态见图6。剪跨比λ=3时，对比梁DB－3发生了典型的斜拉破坏，而钢筋纤维梁则发生了弯剪破坏。加载初期，BJ－3梁跨中开裂，继续增加荷载，弯剪段陆续出现几条竖向裂缝并随荷载增加发展成斜裂缝;随后的加载过程中，跨中竖向裂缝发展缓慢，弯剪段斜裂缝高度和宽度发展迅速并随后发展成一条临界斜裂缝;在随后的加载过程中，跨中钢筋屈服导致竖向裂缝迅速发展，受压区纤维混凝土出现许多水平裂缝，此时受压区纤维混凝土压而不碎。由于梁的挠度快速增加，中性轴上移，荷载仍可缓慢增加，临界斜裂缝宽度也迅速增加，最后剪压区混凝土被压碎，梁的最终破坏形态为弯剪破坏。从纵向钢筋屈服(竖向裂缝迅速变宽)到斜截面破坏的加载过程中，BJ－3梁的裂缝发展和破坏形态与普通钢筋混凝土梁正截面破坏的适筋梁类似。剪跨比λ=2.5时，对比梁DB－2.5发生了典型的剪压破坏，钢筋纤维梁BJ－2.5a是弯剪破坏，BJ－2.5b是弯曲破坏。BJ－2.5a的弯剪破坏过程与BJ－3梁类似;BJ－2.5b梁前期裂缝发展与BJ－2.5a梁类似，也形成了临界斜裂缝，但此后纵筋屈服导致竖向裂缝急剧发展，而斜裂缝发展缓慢，最终发生正截面弯曲破坏。从表5和图6可以看出，BJ－2.5a和BJ－2.5b梁临界斜裂缝形成时的荷载和极限荷载相差不大。由表5还可以看出，裂缝宽度达到0.2mm时各梁的荷载都大于该梁极限荷载的50%。可见采用550MPa钢筋的超高性能纤维混凝土梁，正常使用条件下的荷载(小于50%极限荷载)裂缝宽度小于0.2mm。
图7a为剪跨比λ=2.5时钢筋纤维梁和对比梁的荷载－挠度曲线。图7b为λ=3时钢筋纤维梁和对比梁的荷载－挠度曲线，由于钢纤维承担了部分拉力，导致钢筋纤维梁的抗弯、抗剪承载力大幅度提高，出现了弯剪破坏。钢筋纤维梁较对比梁在各关键点时力学性能的提高幅度见表6，极限荷载提高幅度为68%～317%。各梁的变形能力和延性系数见表7，钢筋纤维梁的极限挠度是对比梁的4倍以上，钢筋纤维梁的延性系数是对比梁的2倍以上。
从表5、表6可以看出，钢筋纤维梁的初始竖向裂缝、初始斜裂缝、0.2mm宽度裂缝、临界斜裂缝和极限荷载都较对比梁有明显提高。钢筋纤维梁当裂缝宽度为0.2mm和达到临界斜裂缝时的荷载提高幅度都较大。试验过程中利用裂缝自动测宽仪记录了各钢筋纤维梁裂缝宽度的照片。随着裂缝加宽，裂缝处钢纤维陆续被拔出，端弯纤维被拉直。图8给出了荷载为300kN时各钢筋纤维梁的最大裂缝宽度照片，表8列出了加载到120，180，240，300kN时各纤维梁的最大裂缝宽度。
钢筋纤维梁中，钢纤维随机乱向分布，通过“桥联”作用(图9)，纤维限制裂缝的发展并承担部分拉力，同时改善了混凝土与钢筋之间的粘结性能，显著提高了梁试件的临界斜裂缝荷载和极限荷载。在钢筋纤维梁的加载过程中，纤维发挥着三方面的作用。首先，纤维对裂缝发展的阻碍作用，使得相同试验荷载时钢筋纤维梁的裂缝宽度较对比梁小很多(见表8)，因此，提高了钢筋纤维梁的极限荷载。其次，纤维的“桥联”作用使正截面受压区与斜截面剪压区的纤维混凝土压而不碎、裂而不散，在纵向受拉钢筋屈服后仍能保持梁的中性轴缓慢上移、荷载继续缓慢增长，最终剪压区纤维混凝土被压碎导致梁发生弯剪破坏。另外，纤维的“桥联”作用类似于箍筋和纵筋，能有效承担部分拉力，从而提高梁的极限承载力。
结语
本文对103MPa基体混凝土，纤维体积率2%，超细纤维与端弯纤维按3∶1比例混合时，超高性能纤维混凝土小梁的抗弯性能，以及配置550MPa纵向受拉筋的超高性能纤维混凝土无腹筋梁的受剪性能进行了试验研究，取得以下结论:1)超高性能混合钢纤维混凝土的抗弯强度和断裂能明显好于素混凝土。2)配置550MPa纵向受拉筋后，超高性能纤维混凝土无腹筋梁的受剪承载力显著提高。剪跨比为2.5和3时，钢筋纤维梁受剪极限承载力分别提高68%～72%和294%～317%。3)混合钢纤维对钢筋超高性能混凝土梁裂缝发展有明显的阻碍作用，荷载为50%极限荷载时裂缝宽度小于0.2mm。4)超高性能纤维混凝土具有压而不碎的特性，发生弯剪破坏的钢筋纤维梁的极限挠度是对比梁的4倍，延性系数是对比梁的2倍以上。
