鋼纖維鋼筋混凝土梁開裂荷載影響因素研究

劉偉生, 張　恒

(山東科技大學建筑與土木工程學院， 山東青島 266590)

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鋼纖維鋼筋混凝土梁開裂荷載影響因素研究

劉偉生, 張恒

(山東科技大學建筑與土木工程學院， 山東青島 266590)

采取梁截面b×h為120 mm×200 mm、長為2 100 mm的試件，進行加載試驗，探究鋼纖維體積率、鋼纖維鋪設層厚及腐蝕時間對鋼纖維鋼筋混凝土開裂荷載的影響。結果表明，鋼纖維鋼筋混凝土梁開裂荷載受鋼纖維體積率、鋼纖維混凝土層厚及試件梁腐蝕時間而影響程度不同。鋼纖維層厚對鋼纖維混凝土梁的開裂荷載的影響作用最為突出，鋼纖維體積率的影響作用較為突出。

混凝土梁；鋼纖維；開裂荷載；體積率；腐蝕時間；鋼纖維厚度

隨機分布的鋼纖維加入普通混凝土中所產生的一種高性能建筑材料，即為鋼纖維混凝土[1]。與普通混凝土相比，鋼纖維混凝土有較強的抗彎強度、抗拉強度、抗腐蝕性、阻礙裂縫發展等優良性能。由于鋼纖維在高層建筑中的大規模使用，研究鋼纖維鋼筋混凝土裂縫開裂荷載影響因素具有重大意義。同其他發達國家相比，我國研究制造鋼纖維時間較短，技術還不太成熟。本文通過試驗來探究鋼纖維體積率、鋼纖維鋪設層厚和腐蝕時間對鋼筋混凝土梁開裂荷載的影響程度。

1　試驗概況

1.1試驗材料

鋼纖維長35 mm、等效直徑0.4 mm,可以得出長徑比為87.5，其截面形狀為圓形。水泥采用中聯水泥公司生產的P.O 42.5級水泥。普通中砂細骨料，普通碎石粗骨料，生活用水和直徑12 mm的熱軋帶肋鋼筋。

1.2試驗設計

試驗梁為總長度2 100 mm、截面尺寸為120 mm×200 mm的構件，運用兩端對稱加載，即加載段長1 800 mm，支座外均為150 mm的加載方式進行試驗，采用正交試驗設計法對梁進行研究，具體設計見表1，試驗加載見圖1。

表1　試驗梁設計方案

圖1　試驗加載裝置

1.3試驗結果分析

為了使結果更為顯明，運用直觀分析的方法，對試驗各因素及各因素對混凝土梁開裂荷載影響進行分析研究，具體結果如下。

1.3.1鋼纖維體積率

從圖2可以看出，鋼纖維混凝土梁受彎承載力受鋼纖維體積率的影響巨大，即當鋼纖維體積率越來越大，開裂荷載也隨之增加。根據試驗得出當鋼纖維體積率為0.6%時，鋼纖維混凝土梁開裂荷載提高了約26.9%；當鋼纖維體積率為1.3%時，鋼纖維混凝土梁開裂荷載的提高幅度約為38.4%；當鋼纖維體積率為2.0%時，鋼纖維混凝土梁開裂荷載的提高幅度約接近1倍。可以得到鋼纖維鋼筋混凝土梁開裂荷載受鋼纖維體積率的影響程度突出。

圖2　開裂承載力與鋼纖維體積率關系

1.3.2鋼纖維混凝土厚度

從圖3可以看出鋼纖維鋼筋混凝土梁開裂荷載與鋼纖維層厚的關系，也就是隨著鋼纖維層厚的不同，鋼纖維鋼筋混凝土梁開裂荷載也有不同幅度的增減。當鋼纖維層厚50 mm，即為2倍混凝土梁保護層厚度時，鋼纖維鋼筋混凝土梁開裂荷載比普通混凝土梁提高了近1/3；當鋼纖維層厚為100 mm(梁高度的一半)時，開裂荷載提高幅度又明顯的降低，但相比普通混凝土梁還略有提高。總之，這些數據可以看出，鋼纖維層厚對試驗梁開裂荷載的影響程度明顯。

圖3　開裂承載力與鋼纖維層厚關系

1.3.3梁腐蝕時間

圖4清晰地呈現了鋼纖維鋼筋混凝土梁在腐蝕50d后開裂荷載明顯的降低，然而混凝土梁開裂荷載隨著腐蝕時間的增加又增大，其增長到的最大值仍小于無腐蝕時的開裂荷載。當腐蝕后，由于鋼筋與混凝土間的粘結力受水的影響而降低，使開裂荷載明顯降低，然而當腐蝕發展到一定的程度時，腐蝕產物反而提高了鋼筋與混凝土間的粘結強度使得開裂荷載小程度的提升。

2　試驗結論

(1)鋼纖維層厚對鋼纖維混凝土梁的開裂荷載的影響作用最為突出，鋼纖維體積率的影響作用較為突出,即鋼纖維層厚度為2倍的混凝土保護層厚時開裂荷載提高最強，鋼纖維體積率為2.0%時開裂荷載提高幅度最大。

(2)通過實驗可以得出，在混凝土厚度為50 mm，鋼纖維體積率為0.2%時，鋼纖維混凝土梁開裂荷載最大。

圖4　開裂承載力—梁腐蝕時間關系

(3)通過試驗得出腐蝕環境對鋼纖維鋼筋混凝土梁和普通鋼筋混凝土梁的開裂荷載有負作用，即開裂荷載都不同程度地降低，與普通混凝土梁相比，鋼纖維混凝土梁開裂荷載受腐蝕時間影響較小，因為鋼纖維的存在可以在一定程度上減少腐蝕液體對于受力鋼筋的腐蝕。

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劉偉生(1991～)，男，研究生，研究方向為結構工程 。

TU529.572； TU502+.6

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[定稿日期]2016-05-11