混雜纖維鋼筋自密實混凝土T-梁的抗剪承載力

尤志國，王 昊，周云龍，丁一寧

（1.華北理工大學 河北省地震工程研究中心，河北 唐山 063009；2.大連理工大學 結構工程研究所，遼寧 大連 116024）

0 引言

國內外報道了許多關于鋼纖維鋼筋自密實混凝土梁的抗剪性能研究成果.然而，對于混雜纖維增強的混凝土梁，國內外相關文獻中沒有關于合成纖維與基體粘結強度的資料，而且合成纖維與混凝土基體的粘結強度很難測出，所以不能按照鋼纖維對抗剪強度貢獻的方法建立經驗公式.作者將纖維混凝土這種新型復合材料作為一體考慮，采用基于Rilem應力-應變法[1]和斷裂力學理論的應力-裂縫口寬度法[2]計算了混雜纖維-鋼筋自密實混凝土矩形梁和T-梁的抗剪承載力，并與試驗值、規范計算值進行了對比.

1 抗剪承載力計算方法

1.1 RILEM應力應變法[1]

RILEM TC 162-TDF中的混凝土梁抗剪承載力的計算方法，纖維混凝土有腹筋梁的設計剪力

式中：Vcd為無腹筋梁的抗剪承載力為 鋼纖維對抗剪的貢獻，

1.2 RILEM應力裂縫口寬度法[2]

2 混雜纖維自密實混凝土的剩余彎拉強度和應力-裂縫口寬度關系的求解

2.1 剩余彎拉強度

材料試件梁依據RILEM TC 162-TDF[3]相關規定制作并試驗.混雜纖維自密實混凝土梁的荷載-撓度曲線見圖1，并計算了梁的抗彎強度及彎曲韌性，見表1.

2.2 應力-裂縫口寬度關系

根據RILEM TC 162-TDF求解裂縫口寬度和撓度的計算過程，采用matlab語言編寫計算程序，求解描述應力-裂縫口寬度關系曲線的材料參數a1、a2（斜率）和2（截距）.以SF20PF0和SF20PF6為例，見圖2，采用雙線性的應力-裂縫口寬度曲線能夠很好的預測開口梁的荷載-撓度曲線，預測得到的荷載-撓度曲線與試驗采集的荷載-撓度曲線吻合良好.

表2列出反分析法得到的材料參數a1、a2和b2的值.

圖1 混雜纖維自密實混凝土梁的荷載-撓度曲線Fig.1 Load-deflection curvesof hybrid fiber reinforced SCC beams

表1 混雜纖維自密實混凝土梁的抗彎強度及彎曲韌性Tab.1 Flexuralstrength and toughnessof hybrid fiber reinforced SCC beams

圖2 SF20PF0和SF20PF6的試驗荷載-撓度曲線和擬合曲線Fig.2 Load-deflection curvesof beam SF20PF0 and SF20PF6

3 混雜纖維鋼筋自密實混凝土梁的抗剪承載力

3.1 試驗梁參數

表2 反分析法得到的材料參數Tab.2 Materialparametersof beams based on inverse analysis

表3 梁的參數Tab.3 Parameterof beam

3.2 RILEM應力應變法

根據式 (1)和式 (2)，采用材料強度的標準值和纖維自密實混凝土的剩余彎拉強度，計算了混雜纖維-鋼筋自密實混凝土矩形梁和T-梁的極限剪力，并與GB50010-2002[4]和CECS 38:2004[5]進行了對比，結果見表4．

從表4中可以看出，對于無纖維混凝土梁，采用GB50010-2002得到的預測值最接近試驗值，應力-應變法次之.對于鋼纖維混凝土梁，采用應力-應變法得到的預測值最接近試驗值，好于CECS 38:2004.對于混雜纖維混凝土梁，采用應力-應變法能夠預測梁的極限剪力，但很保守.總之，采用應力-應變法、GB50010-2002、CECS 38:2004都非常保守地（過低）估計了梁的抗剪極限承載力.

3.3 RILEM應力裂縫口寬度法

根據公式 (1)和式 (3)，計算了A系列混雜纖維-鋼筋自密實混凝土梁的極限抗剪承載力，表5給出了按應力-裂縫口寬度法、應力-應變法計算的抗剪承載力的均值和變異系數.

由表5可見，對于無腹筋梁，應力-裂縫口寬度法的均值和變異系數均好于應力-應變法.采用應力-裂縫口寬度法能夠較好地預測梁的抗剪極限承載力，好于GB50010-2002、CECS38:2004、應力-應變法.對于有腹筋梁，應力-裂縫口寬度法的均值好于應力-應變法.

3.4 考慮翼緣對抗剪的貢獻

對于有腹筋梁或有纖維的梁，T-梁翼緣部分對抗剪的貢獻不能忽略.參照文獻 [8]，定義T-梁的等效有效寬度計算T-梁抗剪強度時，用有效寬度替代腹板寬度即可

式中： 按下式計算，取正根

根據式 (4)，并采用應力-裂縫口寬度法計算了 T-梁的抗剪極限承載力，表6計算了按應力-裂縫口寬度法、應力-應變法計算的T-梁的抗剪承載力的均值和變異系數.

由表6可見，對于無腹筋 T-梁，采用應力-裂縫口寬度法計算的抗剪承載力的均值（1.04）和變異系數（0.17）均好于其它方法.對于有腹筋 T-梁，采用應力-裂縫口寬度法計算的抗剪承載力的均值（1.32）好于應力-應變法，但變異系數略大（0.18）.因此，采用應力-裂縫口寬度法很好的估計了 T-梁的抗剪極限承載力，而且應力-裂縫口寬度法可以預測混雜纖維混凝土梁的抗剪極限承載力，而其它方法只適用于鋼纖維混凝土梁.

表4 梁的極限剪力Tab.4 Ultimate shear load of beams

表5 纖維-鋼筋自密實混凝土矩形梁的均值和變異系數Tab.5 Mean and Coefficientof Variation of fiber reinforced SCC beams

表6 纖維-鋼筋自密實混凝土T-梁的均值和變異系數Tab.6 Mean and Coefficientof Variation of fiber reinforced SCC T-beams

4 結論

采用應力-應變法和基于斷裂力學理論的應力-裂縫口寬度法計算了混雜纖維-鋼筋自密實混凝土矩形梁和T-梁的抗剪極限承載力，并與GB50010-2002、CECS 38:2004進行了對比，結果表明：采用應力-應變法非常保守地（過低）估計了矩形梁和T-梁的抗剪極限承載力.考慮T-梁翼緣對抗剪的貢獻，采用基于斷裂力學理論的應力-裂縫口寬度法能很好地估計纖維自密實混凝土無箍筋矩形和 T-梁的抗剪極限承載力；較保守估計纖維自密實混凝土有箍筋矩形梁和T-梁的抗剪承載力.

[1]RILEM TC 162-TDF，Test and design methods for steel fiber reinforced concrete--design method，final recommendation[S].Materials and Structures，2003，36：560-567.

[2]RILEM TC 162-TDF，Testand designmethods for steel fibre reinforced concrete，Design of steel fibre reinforced concrete using the -w method:principlesand applications[S].Materialsand Structures，2002，35：262-278.

[3]RILEM TC 162-TDF.Test and design methods for steel fiber reinforced concrete，BENDING TEST [J].Materials and Structures，2002，35（253）：579-582.

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