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钢纤维高强混凝土构件受剪性能试验研究

张宏战  
【摘要】:自1992年《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》CECS 38:92正式颁布以来,钢纤维混凝土作为一种高性能建筑材料在我国的工程建设领域得到了广泛应用。但是,随着技术的发展和该规程与之相衔接的有关规范的改编,规程的有些内容与相关规范发生了不协调。为此以大连理工大学为主编单位的编制组根据中国工程建设标准化协会的要求,编制了《纤维混凝土结构技术规程》CECS 38:2004,对原规程进行了全面修订。本文结合这次修订项目,首先针对《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》CECS 38:92适用强度等级偏低的问题,进行了钢纤维高强混凝土梁受剪性能专题试验研究。之后,为了克服我国联肢剪力墙结构中普遍使用的普通配筋方式的钢筋混凝土小跨高比连梁(l/h≤2.5)在地震作用下承载力、延性和耗能能力的不足等问题,进行了大比尺的钢纤维高强混凝土连梁抗剪试验研究。主要工作包括以下几个方面: 1.在20根钢纤维高强混凝土梁和2根高强混凝土对比梁的抗剪试验基础上,对钢纤维和箍筋对梁的剪切初裂强度和极限抗剪强度的影响进行了定量分析和比较。试验结果表明钢纤维在提高梁斜截面初裂强度和限制斜裂缝的产生和发展等方面具有很大的优势,但在提高承载力方面的效率不及箍筋。因此以钢纤维部分地取代箍筋来改善梁的变形性能,推迟斜裂缝的出现并限制其发展是可行有效的,但是以钢纤维完全取代箍筋来提高梁的受剪承载力是不合理的。确定了不同品种的钢纤维对高强混凝土梁的剪切初裂强度和极限抗剪强度的影响系数β-(cr)和β_v,并对之进行了比较分析,为《纤维混凝土结构技术规程》CECS 38:2004中相关规定中β_v的修订提供了依据。提出了与高强混凝土梁斜截面计算公式相协调的钢纤维高强混凝土梁的斜截面初裂剪力和极限承载力计算的经验公式。 2.结合本次试验的结果,系统地分析了钢纤维高强混凝土梁在剪切破坏条件下的变形和延性性能。集中荷载作用下钢纤维高强混凝土梁破坏形态的控制条件仍然是剪跨比。在小剪跨比条件下,钢纤维虽未能改变梁的脆性破坏性质,但是随着ρ_f的增大,梁的破坏斜截面由一个平整的剪切面变成一个狭窄的剪切破碎带,改变了梁的破坏形态。钢纤维提高了混凝土在剪压复合受力状态下的强度、韧性和极限变形能力,有效地抑制了梁的斜裂缝的开展,降低了使用荷载下的斜裂缝宽度。钢纤维的掺入,使得梁的延性和耗能能力均有显著提高。 3.在修正的压力场理论(MCFT)的基础上建立了钢纤维混凝土梁在弯剪复合作用下截面分析数值模型。利用该模型对本人及他人的试验进行了全过程分析,结果表明,该模型对钢纤维混凝土梁极限剪力、截面开裂剪力、剪压区混凝土压应变和箍筋应变均能给出相当精度的预测值。利用该模型对钢纤维和箍筋的效率进行了比较,得到的规律与试验结果一致。 4.根据9根钢纤维高强混凝土剪力墙连梁和4根高强混凝土对比连梁的大比尺试验(l/h≤2.5),详细研究了钢纤维混凝士连梁在低周反复荷载和静载作用下的破坏形态、荷载—位移滞回曲线、钢筋应变、轴向变形和剪切变形。试验结果表明,钢纤维掺率ρ_f是除跨高比和配箍率外影响连梁破坏形态的又一主要因素,掺入适量的钢纤维能够实现小跨高比连梁的破坏形态从脆性的剪切破坏到延性的弯曲破坏的转化。无论是低周反复荷载作用下还是静载作用下,掺入钢纤维都有效地避免了纵向钢筋保护层、受压区混凝土


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