文摘

基于调查的可加工性macro-mono-steel纤维和macro-hybrid纤维增强self-consolidating混凝土,一系列的简支混合纤维增强self-consolidating混凝土矩形梁四点垂直荷载用实验进行了分析。钢纤维的影响与不同剂量和混合纤维钢筋混凝土梁的抗剪强度和故障模式进行了分析。这项工作表明,混合纤维可以明显提高抗剪强度。梁的失效模式可以改变从脆性剪切破坏延性弯曲机制由于足够的混合纤维补充道。混合纤维增强self-consolidating混凝土梁的力学性能远优于macro-mono-steel纤维增强self-consolidating混凝土。混合纤维结合马镫显示协同反应,这是一个好方法self-consolidating混凝土构件的钢筋。混杂纤维增强梁的最终剪切负荷和/或抗剪钢筋可以预测的σ-w合适的设计方法。

1。介绍

钢纤维(SFs)杰出的表现在提高混凝土的强度和韧性1- - - - - -10]。钢筋混凝土(RC)梁可能受到斜裂缝当主拉应力超过其抗拉强度。添加macro-SF RC梁提高剪切强度,这是有利于更韧性机制如果足够SFs的添加,倾向于减少裂纹大小和间距2- - - - - -4,9,10]。

积极的混合对弯曲韧性的影响,梁板的裂纹模式可能意识到通过添加足够的混合纤维(结合macro-SF和macro-PP-fiber),可以提高纤维增强[11]。Noghabai [12)评估混杂纤维增强RC梁(混合macro-SF和micro-SF)剪切和弯曲,发现混合纤维可以改善纤维增强混凝土的效率(FRC)和RC梁FRC竞争与常规钢筋混凝土梁箍筋。然而,研究结果对混合纤维剪切行为(尤其是混合macro-SF和详细纤维(PF)) RC梁是非常罕见的。

纤维增强混凝土self-consolidating (FRSCC)不同于传统FRC是因为后者的纤维用量,在最大的程度上,在开裂后行为的决心,前者是限制的和易性鳞状细胞癌(13]。格里诺和Nehdi14)认为的剪切性质non-stirrup FRSCC梁是优于传统的FRC梁,因为纤维分布更均匀。这主要是由于更好的FRSCC和易性和更有效的消除机械振动。FRSCC大大缩短施工的周期,降低了成本,减少了钢筋强度。此外,FRSCC梁提出了薄或形状不规则的部分,可能是非常困难的地方马镫。分析FRSCC是当前的发展趋势,因为它集成了SCC和FRC的优点。到目前为止,只有一些调查混合纤维和易性的影响。

在前一阶段,研究小组研究了混合纤维增强SCC t形梁的剪切强度,分析了纤维用量的影响,马镫比率,在剪切能力和法兰尺寸,建立了t形梁的受剪承载力公式(22]。由于法兰在t形梁,矩形梁的抗剪性能是不同于t形梁,当纤维和马镫一起工作。在会议论文(23)我们组发表的实验结果影响钢纤维和混合纤维的矩形梁的最终剪切负载和故障模式只是简单的分析。在本文中,使用同一批次的试验梁,但更详细的实验设计,结果,进行分析和理论研究。根据滑坡流测试和J-ring测试测量SCC和纤维的可加工性,结果和分析mono-fiber和混合纤维增强SCC矩形梁的剪切行为。“修改σ-w设计方法”和“修改σ-ε设计方法”是用来预测的最终剪切载荷混合纤维增强鳞状细胞癌或钢纤维增强SCC梁。

2。测试程序

2.1。梁几何描述和设置

一系列的混合纤维增强SCC梁(十束)实验研究。梁的实验区域(崩溃位置)是加强半梁的剪切破坏(实验区域)和系统的剪切位移和应变的测量。每个矩形梁的箍筋率的实验区域更大的价格相比实验区域。

梁的参数表1。每个梁箍筋间距的提名,钢纤维和塑料纤维用量。BSS150SF20PF6包含20公斤的科幻剂量/ m³,PF用量6公斤/米³,箍筋间距为150毫米。第一、第二和第三个数字表示箍筋间距,科幻用量,分别和PF剂量。

梁的尺寸是B(宽度)×H(深度)×l(长度)= 125×250×1750毫米,跨度上进行测试l_年代= 1500毫米。两个马镫比率和四个纤维剂量探索和分析了纤维用量对混合纤维增强SCC梁的剪切行为。根据GB 50010 - 2010(中国代码)(15),这两个马镫比率分别为0.35%和0.53%,分别大于最低箍率。的新鲜的鳞状细胞癌的可加工性,选择纤维用量为20.0公斤/米³(旧金山),20.0 + 6.0公斤/米³(科幻+ PF), 40.0公斤/米³(SF)和40.0 + 4.0公斤/米³(科幻+ PF)。剪切span-to-depth比(一个/d= 3.2)和纵向配筋率ρ_年代= 3.38%(直径25毫米,2纵向增援)保持不变。矩形梁的几何和强化细节图中可以看到1。

梁的加载和测量装置如图2。梁受到对称集中两点加载。在纵向钢筋应变仪是固定在中跨负荷点和212.5毫米远离支持评估的目的纤维对应变的影响。此外,线性可变差动变压器(线性)选择测量梁在跨中位移,负载点,和支持。测试机的容量是10000 kN。负荷传感器500 kN设置测量负载。梁位移在中跨增加0.2毫米/分钟,直到负载依照中国规定代码测试方法的混凝土结构(gb50152 - 92) [16]。以上所述指定的负载应该不变,直到测量线性应变是稳定的。在测试期间,载荷和位移记录。

2.2。材料特性

鳞状细胞癌是由硅酸盐水泥42.5 r,粉煤灰、细骨料、粗骨料、强塑剂,和水,具体的比例如表所示2。最大的砾石大小是10.0毫米。科幻小说和PF混合在鳞状细胞癌。对于科幻(RC-65/35-BN),纤维长度(低频)和当量直径(Df) 35毫米和0.55毫米,所以低频/ Df = 65,分别和公称抗拉强度1150 MPa,而对于PF,上述三个指标的值是30 mm, Df = 0.66毫米(低频/ Df = 45),分别和780 MPa。

纵向钢筋和箍筋的屈服应力是466 MPa和354 MPa,分别和他们的极限应力是654 MPa和527 MPa,分别。

2.3。测试方法的可加工性

新鲜的和易性鳞状细胞癌可以评估根据引用(17- - - - - -19]。混凝土混合物必须满足特定的要求流动性的可加工性,隔离电阻,通过能力、充填能力,和前水准的能力称为鳞状细胞癌。滑坡流测试(和易性和填充能力评估)和J-ring测试(评估通过能力、流动性和隔离电阻)本文用于生产质量控制(图3)[17- - - - - -19]。

图3说明了测试的和易性鳞状细胞癌20公斤/米³科幻+ 6公斤/米³PF和鳞状细胞癌40公斤/米³科幻+ 6公斤/米³PF。结果表明,纤维增强新鲜的和易性混合物的剂量20公斤/ m³科幻+ 6公斤/米³PF满足要求的鳞状细胞癌(17- - - - - -19),但纤维增强新鲜的混合物的用量40公斤/米³科幻+ 6公斤/米³PF不能满足要求。

2.4。弯曲强度和韧性的测试方法

为了评估混合的抗弯强度和韧性纤维增强SCC基于矩阵的混合比例,6测试块大小150毫米×150毫米×550毫米应当准备各种混合纤维增强鳞状细胞癌。测试应当经过28天的治疗中指定“RILEM TC 162 - tdf。“所有试验梁由1000 kN液压伺服试验机加载和恒速位移闭环控制,和跨中位移速率为0.2毫米/分钟。使用两个线性和裂缝指标的两侧和底部梁跨中挠度测量分别和梁的裂纹嘴张开位移。此外,期间采取的两个线性的平均值计算,消除的扭力梁的影响。试验装置如图4。

3所示。结果

3.1。测试结果的可加工性和立方抗压强度

混合纤维增强SCC的和易性是列在表中3,并得到了实验结果的平均值6个标本。因素d代表了普通混凝土的最终直径在两个垂直方向下滑流测试或J-ring测试。因素T_500年是指具体到达的时间具体传播圆(500毫米)。因素h是平均身高差异混凝土内部和外部的酒吧在四个地点J-ring测试。

和易性的混合纤维增强SCC在表3告诉我们,所有参数除了SF40PF6能满足欧洲联盟国家协会代表混凝土(EFNARC) [17- - - - - -19]。当混合纤维用量40 + 4公斤/米³之间的高度是15毫米钢筋内部和外部的J-ring测试,满足要求h≤15毫米(17- - - - - -19]。平均高度区别内外混凝土只是酒吧在四个地点J-ring测试20毫米,未能满足要求(表3和图2 (b))。因此,可以得出结论,梁混合纤维用量40 + 4公斤/米³可以满足实现的上限FRSCC的和易性。(立方标本的尺寸是150×150×150毫米。表3列出了立方抗压强度f_铜在测试的时候。添加纤维艾滋病在混凝土的脆性性质转化为韧性材料,但抗压强度的提高并不明显。

3.2。剪切荷载位移曲线

3.2.1之上。无腹筋梁剪切荷载位移曲线

图5比较了剪切梁的荷载位移曲线(F-Δ曲线)没有马镫(箍筋率= 0%)。表4列出了最终剪切载荷和极限位移加载点和失效模式。

下列内容可以观察到从表4和图5:标本BSSSF0PF0(没有马镫,没有纤维)显示低负荷能力(F_u= 42.72 kN)和脆性剪切破裂失效模式失败。应用程序后最终剪切载荷F_u,没有甲流束BSS行为被发现SF0PF0,载重能力急剧下降。与样品相比BSSSF0PF0, BSS的承载能力SF20PF6和BSS在位移SF40PF4要高得多。位移加载点的混合纤维增强鳞状细胞癌前梁在相同负载下减少光束的峰值负载。混合纤维增强SCC梁刚度的增加显然由于光纤延迟裂纹,进一步限制裂缝(20.]。最终剪切载荷F_u和UDΔ(最终位移)_u对应于F_u加载点的混合纤维增强SCC梁增加。它可以得出的结论是,添加混合纤维增强韧性大大改变了裂纹模式从强烈的光束BSS脆性SF0PF0成一个相对韧性(更多的裂缝和小裂缝空间)之一标本BSSSF20PF6或BSSSF40PF4,尽管两个梁剪切失效模式的崩溃。与样品相比BSSSF20PF0(含20公斤/米³mono-SF,无箍筋),标本BSSSF20PF6基本保持在商业周期见顶前地区(箍筋率= 0%)显示了一个减少在加载点位移相同的负载,和它的刚度显著增加。最终剪切载荷F_u标本的BSSSF20PF6增加了近25%,和UDΔ_u对应于F_u在加载点仅下降2%,但纤维用量增加了近30%。标本BSSSF20PF6显示了更好的甲流比BSS负荷能力SF20PF0。相比之下,光束BSSSF40PF0(含40公斤/米³mono-SF没有马镫)无显著差异在标本BSS的位移观测SF40PF4(含40公斤/米³科幻小说和4公斤/米³没有马镫,PF)。血瘀证量化诊断入选项目的最终剪切负荷标本SF40PF4和UDΔ_u在加载点增加27.89%和28.81%,分别,而纤维用量仅增加了10%。标本BSSSF40PF4展品更好比标本BSS高峰后负荷能力SF40PF0。相比之下,光束BSSSF40PF0(含40公斤/米³mono-SF,没有马镫),没有发现显著差异在梁的位移BSSSF20PF6(箍筋率= 0%),当负载峰值负载之前是恒定的。最终剪切载荷和UDΔ_u加载点的光束BSSSF20PF6增加约10.8%,而纤维用量减少了近35%。甲流束BSS的负荷能力SF20PF6相比显著提高甲BSS的负荷能力SF40PF0。

在BSS F-Δ曲线SF20PF6, BSSSF40PF4(混合科幻和PF)和BSSSF40PF0 (mono-SF)展示更好的承载能力和可变形性和潜在的应用成本效益混合纤维。显然展品混合混合效率高和纤维之间的协同效应是显而易见的。

3.2.2。剪切荷载位移曲线梁的箍筋

图6比较了F-Δ曲线梁的箍筋(箍筋0.35%和0.53%的比例)。

以下结果可以观察到从表4和图6:与样品相比BSS150SF0PF0(马镫比率为0.35%,没有纤维),在加载点位移的混合纤维增强SCC梁(梁BSS150SF20PF6和BSS150SF40PF4)减少负载时没有改变在峰值负载。这意味着混合纤维增强SCC梁的刚度略微增加。混合纤维增强SCC梁的承载能力的表现明显比BSS150SF0PF0位移。混合纤维增强SCC梁的极限剪切载荷显著增加。ΔUD(最终位移)_u加载点的光束BSS150SF20PF6增加明显。40 + 4公斤/米³混合纤维的脆性剪切破坏模式转换BSS150SF0PF0标本BSS150SF40PF4延性弯曲机制。与样品相比BSS150SF40PF0(40公斤/米³mono-SF和马镫的比例0.35%),增加40 + 4公斤/米³混合纤维成BSS150SF0PF0提高最终剪切负载至少1.5%。与样品相比BSS150SF40PF0(40公斤/米³mono-SF和马镫的比例0.35%),最终剪切载荷的标本BSS150SF20PF6下降了6.3%,和UDΔ_u在加载点仅增加了5.7%,而纤维用量减少了近35%。甲流负荷能力的标本BSS150SF40PF0更好与光束BSS150SF20PF6。这样的结果不同于BSSSF40PF0和BSS无腹筋SF20PF6但混合着相同的纤维。梁的受剪承载力提高可能是相似或复合纤维和箍筋抗剪能力的影响不同于横梁只有纤维。将更多的实验来深入分析它。与样品相比BSS100SF0PF0(马镫比率为0.53%,没有纤维),负载在位移和UDΔ承载力_uBSS150SF20PF6, BSS150SF40PF0, BSS150SF40PF4 BSS100SF0PF0比。

因此,获得以下观点:(1)F-Δ曲线梁之间BSS150SF40PF0 (mono-SF)和BSS150SF40PF4(混合科幻和PF)展示更好的负荷能力和使用混合纤维的可变形性。(2)F-Δ曲线梁之间BSS150SF40PF0 (mono-SF)和BSS150SF20PF6(混合科幻和PF)展示类似的负荷能力,更好的可变形性,可能使用混合纤维的成本效益。(3)混合的混合物较高,纤维之间的协同效应是显而易见的。

3.3。失效模式和裂缝模式

裂缝出现在拉伸区域中跨梁的第一,然后弯曲剪切裂缝发生在剪切梁的跨度增加负载。表5列表的裂缝特征剪切梁的跨度,包括裂缝间距、最大裂缝宽度W_马克斯在剪切崩溃之前,最大裂缝宽度W₆₀当剪切载荷60 kN。BSS的裂纹模式和失效模式SF0PF0和BSSSF40PF4是显示在图7梁,而BSS150SF0PF0和BSS150SF40PF4见图8。

标本BSSSF0PF0失败后第一斜裂纹形式(图7(一))。UDΔ_u在加载点对应于终极剪切载荷只有2.55毫米(表4)。最大裂缝宽度W_马克斯剪切崩溃之前只有0.10毫米(表5)。光束BSSSF0PF0失败在剪切崩溃。

相比之下,光束BSSSF0PF0,裂缝模式是改善后的箍筋和纤维,可以发现Δ极限位移的增加_u的数量和裂缝,裂缝间距的减少,和最大裂缝宽度(表4和5和数字7和8)。混合纤维增强SCC梁灾难性相比要少得多不含纤维。例如,对于BSS∞SF40PF4,几个斜裂缝形成,可以观察到,裂缝间距和裂缝宽度相同的负载和故障前拒绝显然比其他无腹筋梁(表5和图7 (b))。它表明,添加一些纤维可以使裂缝应力重分布更加均匀。对角线的SFs发生后有效破解之前完全退出临界裂纹。PFs部分退出和分解。这个观察支持使用混合纤维在鳞状细胞癌,和混合纤维可以有效地防止进一步退出科幻具体矩阵破裂后(图9)。

40 + 4公斤/米³混合纤维转换BSS150SF0PF0从脆性剪切破坏模式的崩溃(图8(一个)弯曲破坏模式(图)8 (b))。BSS150SF40PF4展品碎压缩区(图8 (b)),除了在剪切梁失败崩溃。

3.4。抗剪强度

混合纤维在抗剪强度的影响ν_u=F_u/双相障碍如图10,并在此基础上可以获得以下观点:混合纤维会影响抗剪强度ν_u,这是类似于终极剪切载荷F_u(表3)。当马镫比例是0%,钢筋混凝土梁的抗剪强度与纤维的20.0公斤/ m³21 + 6公斤/米³40.0公斤/米³,40 + 4公斤/米³增加了50.99%,89.00%,70.53%,和117.90%相比,BSS分别SF0PF0。当马镫比例是0.35%,BSS150SF0PF0相比,钢筋混凝土梁的抗剪强度与纤维的20 + 6公斤/米³和40.0公斤/米³分别提高了17.44%和25.35%,。在弯曲BSS150SF40PF4失败。如果梁的抗弯能力的最大剪切控制,应用加载失败不等于剪切强度;相比之下,负载在失败唯一的极限抗剪强度的下限。梁的抗剪强度BSS150SF40PF4相比增加至少25.22%的梁BSS150SF0PF0。

基于上面的讨论中,纤维会影响梁的抗剪强度相比没有马镫更明显的马镫。

3.5。最终混合纤维增强SCC梁的剪切载荷

3.5.1。RILEM TC 162 - tdfσ-ε设计方法

的最终剪切加载梁箍筋和钢纤维RILEM TC 162 - tdfσ-ε(21由以下表达式给出设计方法:

是最终剪切载荷的成员没有剪切钢筋,由

钢纤维剪切钢筋的贡献,给出了吗

剪切钢筋的贡献是由于箍筋和/或倾向于酒吧、由吗

3.5.2。RILEM TC 162 - tdfσ-w设计方法

的最终剪切加载梁箍筋和钢纤维RILEM TC 162 - tdfσ-w(21]设计方法表示为(1)。区别在于计算钢纤维剪切钢筋的贡献。在σ-w设计方法,确定从设计应力开裂开放的关系σ_w,维(w): 与 在哪里指的是在裂缝宽度设计残余应力的平均值表示0和裂缝宽度之间的开裂后的压力 。

3.5.3。最终混合纤维增强SCC梁的剪切载荷

没有方程预测混合纤维增强SCC梁的极限剪切载荷。因此,最终剪切荷载的梁和剪力钢筋混合纤维和/或可以参照部分计算3.5。1和3.5。2。

当最终剪切加载计算使用σ- w和σ- - - - - -ε的混合纤维增强混凝土的设计方法、荷载—挠度曲线SCC采用开槽梁测试应该知道,这是表现出图11。混合的抗弯强度和韧性纤维增强SCC中演示了表6。

混合纤维增强的拉伸应力龟裂开关系鳞状细胞癌是由逆分析使用的载荷与裂纹嘴张开位移曲线切口梁测试根据RILEM TC 162 - tdf [21]σ-w设计方法。因为切口梁的载荷挠度曲线是成正比的载荷与裂纹嘴张开位移曲线,拉伸应力龟裂开混合纤维增强鳞状细胞癌的关系可以由逆分析使用开槽梁的载荷挠度曲线。双线性应力龟裂开关系见图12。

的参数α₁指的是第一个线性曲线的斜率,而参数α₂第二条曲线的代表。的参数b₂是Y第二条曲线的截距。这三个参数是由逆分析,给出了特定的值在表7。图13对比实验和理论的载荷挠度曲线SF20PF6 SF40PF4,这说明他们可以适合。

然后,最终剪切加载梁混合纤维和/或抗剪钢筋部分中描述3.5。1和3.5。2计算(表8)。的平均值和变异系数混合纤维增强SCC梁表中列出8。

样本大小虽小,能获得一些有意义的结果。下面的可以从图观察8:(1)最终剪切荷载的梁混合纤维和/或抗剪钢筋是预测的σ-w和σ-ε设计方法。(2)无论是否有或没有梁抗剪钢筋,预测最终剪切加载梁是非常保守的σ-ε设计方法。(3)没有抗剪钢筋梁,预测的值σ-w设计方法接近试验值。相反,这些预测的σ-w包含箍筋梁的设计方法是保守的。(4)无论是否有或没有梁抗剪钢筋,实验最终剪切载荷的平均比率预测最终剪切加载和使用的变异系数σ-w设计方法更好。

它可以得出结论σ-w设计方法显示了更好的预测结果在最终剪切载荷混合纤维和/或抗剪钢筋相比σ-ε设计方法。然而,更多的实验应做验证的适用性σ-w设计方法。

4所示。结论

混合纤维增强SCC梁显示良好的机械性能,如裂缝模式,抗剪强度,甲承载力、和可能改变钢筋混凝土矩形梁的失效模式,使钢筋混凝土矩形梁更韧性。结论如下:混合40.0公斤/米³钢纤维和4公斤/米³塑料光纤可以纤维含量的上限的和易性鳞状细胞癌中使用。混合纤维转换梁的破坏模式从剪切成曲。BSS150SF0PF0 BSS100SF0PF0失败在剪切崩溃,但在挠曲BSS150SF40PF4失败。混合纤维结合马镫说明协同反应。马镫比率保持不变时,混合纤维增强抗剪强度与SCC梁没有纤维或只有macro-mono-SF。更好的负载容量和可变形性以及可能的成本效益方面可以实现使用混合纤维剪切荷载位移曲线、负荷能力和可变形性。基于macro-SF混合动力车和PF展示清晰的协同效应。的σ-w设计方法可以预测最终剪切加载包含混合纤维和/或抗剪钢筋更好的满意相关。

根据以上结果,可以得出结论,结合macro-steel纤维和详细纤维展品非常积极的混合效果,和混合纤维可以提高钢筋混凝土矩形梁的剪切强度。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究受到了重点实验室开放基金项目的建筑物倒塌机制和灾害预防、中国地震局(FZ211101)、河北省自然科学基金,中国(E2021209121和E2021209112),河北省高等教育机构的科学研究项目,中国(ZD2020139和)和应用基础研究项目唐山科技局(21130222 c)。