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钢纤维增强混凝土建筑地坪试验研究

时间:2017-6-23 8:53:00 来源:本网

  在混凝土地坪中适量掺入钢纤维,可以有效控制混凝土裂缝,提高混凝土地坪的防裂和抗裂性能。

  钢纤维混凝土与普通混凝土的主要区别在于:钢纤维混凝土开裂后,由于钢纤维的强作用,对混凝土裂缝宽度起到限制,能继续承担荷载,具有良好的韧度性能。

  有钢纤维混凝土设计内容,钢纤维混凝土结构设计与施工规程(CECS38:92)中有关地坪设计的条款仅将钢纤维混凝土的轴心抗拉强度代替普通混凝土的抗拉强度,采用普通混凝土地坪厚度计算公式来进行钢纤维混凝土垫层设计,在超低掺量钢纤维的情况下(体积率<0. 5%)钢纤维混凝土的抗拉强度加值非常小,不能反映钢纤维混凝土良好的韧度特性对地坪承载能力的贡献。

  本文通过对钢纤维混凝土地基板的系列试验,研究混凝土地基板中掺入不同数量以及不同类型的钢纤维,可使混凝土地坪的防裂和抗裂性能得到提高。并从地坪吸收能量的观点,分析了钢纤维混凝土地坪的极限承载力。

  1钢纤维增强混凝土机理和Damix钢纤维参数特征在普通混凝土中掺入钢纤维,可提高原为脆性材料的混凝土的延性。钢纤维的掺入使混凝土结构在开裂后仍能继续承载,称为钢纤维混凝土的裂后效应。在混凝土出现细微裂缝后,钢纤维的强效果才能充分发挥,在压、抗弯、剪、收缩和徐变作用下,混凝土的脆性破坏转变为受控制裂缝的缓慢长。

  为了保证混凝土中掺入钢纤维的有效抗裂作用,理论上认为分布在混凝土中的钢纤维间距s必须满足:钢纤维的长径比、体积率和几何形状是决定钢纤维混凝土技术性能的重要参数。其中钢纤维的长径比与体积率确定了混凝土中钢纤维的间距。当混第一作者:陈世鸣男1957年4月出生教授凝土中钢纤维的间距不能满足控制钢纤维最小间距的要求,钢纤维的抗裂作用就不能得到充分发挥。表1列出了本文试验采用的钢纤维类型、掺量和控制钢纤维最小间距。

  表1不同掺量钢纤维下的控制钢纤维最小间距钢纤维类型掺量/体积率(铣削型)2混凝土地基板荷载试验2.1试件基本参数试验地基板的尺寸为120mm厚,宽和长各为2m的矩形板,混凝土采用C25强度等级。4组试件编号和参数见表2.表2钢纤维混凝土试件基本参数试件钢纤维类型掺量/长径比体积含气率/%量/%无注为立方体抗压强度(8d龄期)地基板下采用厚度为60mm软木板垫层,基床系数为0.05N/mm3.混凝土地基板直接浇注在软木垫层上。试验采用板中心位置加集中荷载,加载位置放置一块100mmX 25mm的钢垫板。

  为试验的加载布置。

  2.2地基板试验结果各地基板试件的荷载挠度曲线见。混凝土地基板试验结果见表3.现裂缝发展到与板顶裂缝贯通,裂缝发展形态基本一致。钢纤维DramixRC65/60BN掺量为20kg/m3的混凝土板试件的开裂荷载和板顶裂缝贯通时的荷载小于钢纤维DamixRC65/60BN掺量为30kg/n3的混凝土板的相应荷载数值。

  试件PS为素混凝土构件,地基板裂缝贯通时的荷载明显低于其它掺入钢纤维的混凝土构件,地基板加载位置混凝土最终压碎,导致荷载迅速降低。

  土地基板,地基板裂缝贯通时的荷载大于素混凝土地基板所对应的荷载值,但低于构件DS1和DS2的相应荷载,地基板加载位置混凝土最终冲切和压碎破坏,并导致荷载迅速降低。

  表3混凝土地基板试验结果荷载1/荷载2/最大荷最终破坏中心挠度中心挠度方式冲切破坏加载位置混凝土压碎加载位置冲切,混凝土压碎注:荷载1为混凝土板周边板底出现开裂时对应的荷载数值;荷载2为混凝土板四周边裂缝和板顶裂缝贯通时对应的荷载数值;板中心加初荷载;最大荷载为试验中地基板所承受的最大荷载值和最终破坏时所对应的荷载数值。

  钢纤维增强混凝土建筑地坪试验研究陈世鸣等37上述各构件的初裂荷载较接近,说明混凝土掺入钢纤维对混凝土的初裂强度基本没有影响,对地基板裂缝贯通板顶的荷载值则有显著提高。比较各地基板的荷载位移曲线下所包围的面积可以发现,DS1,DS2的荷载位移曲线下所包围的面积远大于PS和XS的荷载位移曲线下所包围的面积,表纤维后,混凝土地基板对荷载能量的吸收耗散能力显著提高。另外,板的最终破坏荷载表明,钢纤维对提高地基板的抗冲切能力有明显作用。

  3试验结果讨论在混凝土中掺入钢纤维,能有效提高地基板的极限承载能力(地基板板边裂缝贯通到板顶时所对应的荷载值)试件DS1和DS2的承载能力比试件XS的承载能力高27 %~28%比试件PS的承载能力高出42%~43%.表4给出了当板中心位移值为10mm时,各组混凝土地基板的吸收能量(弯曲韧度,荷载位移曲线下包围的面积)地基板PS(素混凝土板)的弯曲韧度与地基板XS(旋削型钢纤维强)的弯曲韧度基本相同,而板DS1和DS2的弯曲韧度则分别高于板PS的弯曲韧度的31%和40%.从板对荷载的能量吸收来看,在板出现开裂之前,荷载位移曲线呈线性。板开裂后,板PS(素混凝土)和板XS(掺入旋削型钢纤维强)的荷载位移曲线随即进入非线形段,并很快达到板的极限荷载值。

  采用DramixRC65/60BN冷拉型钢纤维强的地基板(DS1和DS2),裂缝出现后,仍有较大的荷载大余量。表明:钢纤维对混凝土地基板内的变形和裂缝起到有效的弥散作用,使混凝土板的荷载能量吸收能力或板的弯曲韧度显著提高。

  表4地基板的弯曲韧度(能量吸收值)中心位移值/mm荷载值/kN 4钢纤维混凝土韧度评定钢纤维掺入对混凝土的强是在混凝土出现开裂后的非线形阶段。前述地基板的荷载试验结果表明,在地基板周边板底出现开裂到裂缝贯通板顶,钢纤维对混凝土的强作用得到了充分的体现。显然,根据钢纤维强混凝土对变形能量的吸收或钢纤维的韧度性能指标能确切反映钢纤维对混凝土的强作用。

  根据试验地基板的批量,制作了韧度试验混凝土梁标准试件。混凝土小梁的韧度试验采用三分点荷载试验,梁的跨距为450mm,试验仪器为InstronModel 1343液压伺服式压力试验机。试验方法参照SCE-SF4标准111.共进行了4组标准梁韧度试验,每组为4个试件。梁试件的编号及试验结果见表5.为小梁试件的荷载挠度曲线。

  表5各组小梁的弯曲强度、韧度指数和立方体混凝土抗压强度掺量/编号3韧度指数注:为试验弯拉强度;为等效弯拉强度(SCESF4);:。为立方体抗压强度;Re为当试件中心挠度达到3m时100/7/f;110为弯曲韧度指数(ASTMC1018标准)。

  为三个试件挠度达到3mm采用三个试件等效弯拉强度/e的平均值根据日本土木工程协会的SCE-SF4标准,试件组DL1和DL2的等效弯拉强度分别大于XL试件组的等效弯拉强度50%和78%,而素混凝土试件PL则因挠度远低于SCESF4所要求的3mm(或L/150,L为试件梁的跨度),不能计算该等效弯拉强度。在混凝土中掺入DramixRC65/60BN钢纤维后,梁的荷载挠度曲线下降段较平缓,这表明,掺入的冷拉型钢纤维,在混凝土开裂后,有助于混凝土梁对荷载能量的吸收。相比之下,试件组XL的荷载挠度曲线下降段明显低于试件组DL1和DL2的荷载挠度曲线下降部分。这也说明,试件组XL弯曲韧度(对荷载的能量吸收能力)低于试件组DL1和DL2.(/),开裂时梁的挠度一般在0.04~0.所对应的挠度则在0.6mm至1.55mm范围之间,当试件开裂时挠度接近上述下限值时,由于计算/30所对应的挠度值处于荷载位移曲线的下降初期阶段,采用/5、/10和/30会较难区分两种弯曲韧度不同的材料。SCE―SF4采用等效弯拉强度来评价钢纤维混凝土的弯曲韧性,是对应于挠度值为3mm时的等4结语通过三榀小比例框架模型的振动台试验研究及结果分析,对于预应力混凝土框架结构在地震作用下的动力特性和加速度反应,得到以下几点认识:预应力混凝土框架结构的初始阻尼比相对普通混凝土框架结构略小,开裂以后,随着地震作用的加剧,其自振频率的下降和阻尼比的增大都显得比(上接第38页)效弯曲强度值。两者内在的联系为均反映钢纤维混凝土的弯曲韧度特性和对荷载能量吸收的能力。其差异在于ASTMC1018标准弯曲韧度指数/1.、/3.值所对应是混凝土构件变形相对较小时的弯曲韧度(约在L/450至L/1000之间,L为梁的跨度),而SCE―SF4的等效弯拉强度则是当构件变形相对较大情况下的弯曲韧度((150)。

  为根据梁的弯曲韧度试验曲线绘出的弯曲韧度一挠度曲线。比较各组构件的弯曲韧度一挠度曲线,可以看到,当梁的挠度小于0.7mm时,构件DL1DL2和XL的弯曲韧度基本相同,随着变形增大,当梁的挠度大于1mm后,构件DL1、DL2和XL间的弯曲韧度差别也逐渐增大。

  5结论在C25混凝土地基板中掺入钢纤维,可有效地提高地基板的承载能力,掺入DramixRC65/60BN冷拉型钢纤维后,混凝土地基板的承载能力明显大于掺入旋削型钢纤维的混凝土地基板以及素混凝土地基板的承载能力,地基板的抗裂性能明显改善,且较平稳,损伤程度相对较轻,进入破坏阶段也要迟些。

  地震作用下,预应力混凝土框架结构的第一振型表现为明显的剪切型特征。

  同等情况下(同样的地震作用、同样的结构形式和构件尺寸),预应力混凝土框架结构的弹性地震反应较相应的普通混凝土框架大10%30%.影响大跨度预应力混凝土框架结构地震反应的主要因素是梁柱线刚度比。

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