钢纤维钢筋混凝土梁开裂荷载影响因素研究

刘伟生, 张　恒

(山东科技大学建筑与土木工程学院， 山东青岛 266590)



钢纤维钢筋混凝土梁开裂荷载影响因素研究

刘伟生, 张恒

(山东科技大学建筑与土木工程学院， 山东青岛 266590)

采取梁截面b×h为120 mm×200 mm、长为2 100 mm的试件，进行加载试验，探究钢纤维体积率、钢纤维铺设层厚及腐蚀时间对钢纤维钢筋混凝土开裂荷载的影响。结果表明，钢纤维钢筋混凝土梁开裂荷载受钢纤维体积率、钢纤维混凝土层厚及试件梁腐蚀时间而影响程度不同。钢纤维层厚对钢纤维混凝土梁的开裂荷载的影响作用最为突出，钢纤维体积率的影响作用较为突出。

混凝土梁；钢纤维；开裂荷载；体积率；腐蚀时间；钢纤维厚度

随机分布的钢纤维加入普通混凝土中所产生的一种高性能建筑材料，即为钢纤维混凝土[1]。与普通混凝土相比，钢纤维混凝土有较强的抗弯强度、抗拉强度、抗腐蚀性、阻碍裂缝发展等优良性能。由于钢纤维在高层建筑中的大规模使用，研究钢纤维钢筋混凝土裂缝开裂荷载影响因素具有重大意义。同其他发达国家相比，我国研究制造钢纤维时间较短，技术还不太成熟。本文通过试验来探究钢纤维体积率、钢纤维铺设层厚和腐蚀时间对钢筋混凝土梁开裂荷载的影响程度。

1　试验概况

1.1试验材料

钢纤维长35 mm、等效直径0.4 mm,可以得出长径比为87.5，其截面形状为圆形。水泥采用中联水泥公司生产的P.O 42.5级水泥。普通中砂细骨料，普通碎石粗骨料，生活用水和直径12 mm的热轧带肋钢筋。

1.2试验设计

试验梁为总长度2 100 mm、截面尺寸为120 mm×200 mm的构件，运用两端对称加载，即加载段长1 800 mm，支座外均为150 mm的加载方式进行试验，采用正交试验设计法对梁进行研究，具体设计见表1，试验加载见图1。

表1　试验梁设计方案

图1　试验加载装置

1.3试验结果分析

为了使结果更为显明，运用直观分析的方法，对试验各因素及各因素对混凝土梁开裂荷载影响进行分析研究，具体结果如下。

1.3.1钢纤维体积率

从图2可以看出，钢纤维混凝土梁受弯承载力受钢纤维体积率的影响巨大，即当钢纤维体积率越来越大，开裂荷载也随之增加。根据试验得出当钢纤维体积率为0.6%时，钢纤维混凝土梁开裂荷载提高了约26.9%；当钢纤维体积率为1.3%时，钢纤维混凝土梁开裂荷载的提高幅度约为38.4%；当钢纤维体积率为2.0%时，钢纤维混凝土梁开裂荷载的提高幅度约接近1倍。可以得到钢纤维钢筋混凝土梁开裂荷载受钢纤维体积率的影响程度突出。

图2　开裂承载力与钢纤维体积率关系

1.3.2钢纤维混凝土厚度

从图3可以看出钢纤维钢筋混凝土梁开裂荷载与钢纤维层厚的关系，也就是随着钢纤维层厚的不同，钢纤维钢筋混凝土梁开裂荷载也有不同幅度的增减。当钢纤维层厚50 mm，即为2倍混凝土梁保护层厚度时，钢纤维钢筋混凝土梁开裂荷载比普通混凝土梁提高了近1/3；当钢纤维层厚为100 mm(梁高度的一半)时，开裂荷载提高幅度又明显的降低，但相比普通混凝土梁还略有提高。总之，这些数据可以看出，钢纤维层厚对试验梁开裂荷载的影响程度明显。

图3　开裂承载力与钢纤维层厚关系

1.3.3梁腐蚀时间

图4清晰地呈现了钢纤维钢筋混凝土梁在腐蚀50d后开裂荷载明显的降低，然而混凝土梁开裂荷载随着腐蚀时间的增加又增大，其增长到的最大值仍小于无腐蚀时的开裂荷载。当腐蚀后，由于钢筋与混凝土间的粘结力受水的影响而降低，使开裂荷载明显降低，然而当腐蚀发展到一定的程度时，腐蚀产物反而提高了钢筋与混凝土间的粘结强度使得开裂荷载小程度的提升。

2　试验结论

(1)钢纤维层厚对钢纤维混凝土梁的开裂荷载的影响作用最为突出，钢纤维体积率的影响作用较为突出,即钢纤维层厚度为2倍的混凝土保护层厚时开裂荷载提高最强，钢纤维体积率为2.0%时开裂荷载提高幅度最大。

(2)通过实验可以得出，在混凝土厚度为50 mm，钢纤维体积率为0.2%时，钢纤维混凝土梁开裂荷载最大。

图4　开裂承载力—梁腐蚀时间关系

(3)通过试验得出腐蚀环境对钢纤维钢筋混凝土梁和普通钢筋混凝土梁的开裂荷载有负作用，即开裂荷载都不同程度地降低，与普通混凝土梁相比，钢纤维混凝土梁开裂荷载受腐蚀时间影响较小，因为钢纤维的存在可以在一定程度上减少腐蚀液体对于受力钢筋的腐蚀。

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刘伟生(1991～)，男，研究生，研究方向为结构工程 。

TU529.572； TU502+.6

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[定稿日期]2016-05-11