混雜纖維提高混凝土梁以及組合梁特性的成果分析碩士畢業(yè)論文

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1、山東科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 摘要 摘 要 隨著現(xiàn)代建筑向高層化、大跨度、重載荷及輕量化方向發(fā)展，混凝土這一最大宗的建筑材料正朝高韌性、高阻裂、高體積穩(wěn)定性和高耐久性等高性能方向發(fā)展，其中又以改善混凝土的韌性、提高其抗裂性能為當(dāng)前發(fā)展高性能混凝土的技術(shù)核心。 纖維增強(qiáng)混凝土是一種多相材料，其在土木工程中的應(yīng)用日益廣泛。在混凝土中摻入纖維能夠從微觀機(jī)制上改善材料的性能提高混凝土的抗拉強(qiáng)度、韌性、延性、抗裂性及抗沖擊疲勞等性能。 混雜式鋼

2、纖維增強(qiáng)混凝土梁的結(jié)構(gòu)，它是在經(jīng)濟(jì)與性能并重的基礎(chǔ)上，使鋼纖維分層布置，即鋼纖維分布于混凝土梁的上部和下部，形成“層布式鋼纖維增強(qiáng)混凝土”。為解決其中間部分素混凝土的韌性、抗裂性及抗?jié)B性均較差這一問(wèn)題，我們?cè)诨炷粱w中全體積摻入PVA或者聚丙烯纖維，使之與上下層鋼纖維共同作用發(fā)揮“正混雜效應(yīng)”來(lái)改善混凝土的性能。 本文通過(guò)對(duì)已有的研究成果分析例如層布式鋼纖維與混摻PVA纖維混凝土梁的力學(xué)性能試驗(yàn)、層布式鋼纖維——聚丙烯腈纖維混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究、混雜纖維布加固鋼／聚丙烯短纖維增強(qiáng)混凝土構(gòu)件技術(shù)研究、混雜纖維材料加固混凝土梁剛度的試驗(yàn)研究以及高強(qiáng)混凝土組合梁的研究，我們可以得出混雜纖維混凝

3、土改善了混凝土的的性能，混雜纖維的混雜效用提高了混凝土的承載力、延性、剛度、極限應(yīng)變等，并且給出了混雜纖維混凝土組合梁的承載力、裂縫的計(jì)算分析，從而我們可以將混雜纖維應(yīng)用于組合梁中，為提高組合梁邊緣混凝土的極限應(yīng)變值以及混凝土的特性提供了理論依據(jù)。 關(guān)鍵詞：混雜纖維，層布式鋼纖維混凝土，組合梁，承載力 2 山東科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 摘要 ABSTRACT With the build

4、ing becoming high,long span,heavy load and lightweight,cement concretewhich is widly used material has developed to high toughness,high,high Volume stability and high durability,and how to improve the toughness and the cracking-resistance is key technology. Fiber reinforced concrete is a kind of he

5、rerogeneous material,which is more increasingly used in civil engineering.The incorporation of steel or other fibers in concrete can significantly improve the performance of cementitious materials,such as tensile strength,toughness,and ductility as well as resistance to crack and fatigue. Layer ste

6、el Fiber Reinforced Concrete(LSFRC),which is on the basis of considering economy and improvement of material properties,letting steel fiber layer distributing layer by layer,and steel fibers are scattered to the upper and lower layer,concrete which is cast by this method,is called LSFRC.For the disa

7、dvantage of inferior toughness,crack resistance and infiltration resistance of the middle layer,polypropylene fibber are mixed entirely in the concrete,For the purpose of exerting the “positive intermixing effect”to improve the performance of the concret. This paper describes layered steel fiber an

8、d blended PVA fiber mechanical properties of concrete beams, layered steel fiber - mechanical properties of Polyacrylonitrile Fiber Reinforced Concrete Test, hybrid fiber reinforcement, steel / Polypropylene Fiber Reinforced Concrete technology, hybrid fiber reinforced concrete beam stiffness of exp

9、erimental study and research of high strength concrete beams derived hybrid fiber reinforced concrete beams used in combination to improve the performance of concrete, due to the mixed hybrid fibers increased the effectiveness of the bearing capacity of concrete, ductility, stiffness, ultimate strai

10、n，thus enhance its beams of the concrete circumstances of extreme value。 Keyword: assorted fibre,LSFRC, composite beam, bearing strength 山東科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 目錄 目錄 1 緒論 2 1.1 鋼纖維混凝土

11、國(guó)內(nèi)外研究及應(yīng)用概況 2 1.2 混雜纖維混凝土以及鋼-混凝土組合梁在國(guó)內(nèi)外的研究及其應(yīng)用概況 6 1.3 研究的背景和意義 13 1.4 本文的研究方法及所做的工作 14 2 混雜纖維提高混凝土梁以及組合梁特性的成果分析 16 2.1 混雜纖維提高混凝土的抗彎韌性的研究 16 2.2 混雜纖維提高混凝土的抗彎拉強(qiáng)度、彎曲韌性以及極限應(yīng)變的研究 21 2.3 混雜纖維提高混凝土的開(kāi)裂荷載、極限荷載以及抗彎拉剛度的研究 26 2.4 混雜纖維混凝土梁剛度的研究 31 2.5 組合梁的翼緣板混凝土的承載力、延性提高的研究分析 35 3 混雜纖維混凝土梁的計(jì)算分析增強(qiáng)理論 4

12、2 3.1混雜纖維混凝土的增強(qiáng)理論 42 3.2纖維混凝土的增韌理論 45 4 混雜纖維應(yīng)用于組合梁中的計(jì)算理論分析 55 4.1混雜纖維混凝土在組合結(jié)構(gòu)中應(yīng)用與承載力計(jì)算分析 55 4.2組合梁純彎作用下的承載力極限應(yīng)變計(jì)算分析 62 5 結(jié)論和展望 67 5.1 全文工作總結(jié) 67 5.2 前景展望 68 參考文獻(xiàn) 69 致謝 72 Contents 1 Intronduction 4 1.1 Steel fiber concrete research and application of domestic and internationa

13、l profile 4 1.2 Hybrid fiber reinforced concrete and steel –concrete composite beam and its application at home and abroad overview 8 1.3 Backgroud and significance of research 15 1.4 The research mothod and work 16 2 Hibrid fiber concrete beams and composite beams to improve the result of an

14、alysis of characteristic 17 2.1 Hybrid fibers increased the flexural toughness of concrete 17 2.2 Hybrid fibers for improving the concrete flexural strength,flexural toughness and ultimate strain. 22 2.3 To improve the cracking of concrete with fiber, limit load and load bending stiffness of p

15、ull .27 2.4 Hybrid fiber reinforced concrete beam and stiffness of the research 32 2.5 The flange plate concrete beams of bearing capacity, ductility of research and analysis 36 3 Calculation of hybrid fiber reinforced concrete beams of increasing theoretical 43 3.1 The hybrid fiber concrete

16、reinforcement theories 43 3.2 Fiber concrete toughening theory 46 4 Hybrid fiber used in the calculation of composite beams in the theoretical analysis 56 4.1 Hybrid fiber reinforced concrete structures in combination with the application of bearing capacity calculation and analysis 56 4.2 Pu

17、re bending beams under the action of ultimate strain capacity calculation and analysis 63 5 Conclution and outlook 68 5.1 Job summary text 68 5.2 Prospect 69 References Documents 70 Thanks 73 山東科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 緒論 1

18、 緒論 1.1 鋼纖維混凝土國(guó)內(nèi)外研究及應(yīng)用概況 混凝土作為目前土木工程中最基本的建筑材料，已被人們廣泛使用。但由于傳統(tǒng)的混凝土強(qiáng)度普遍較低，耐久性較差，使得很多結(jié)構(gòu)物由于混凝土性能不良而過(guò)早破壞，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。為了改善混凝土性能，提高混凝土的使用經(jīng)濟(jì)效益，人們開(kāi)始在混凝土中加入其他材料以提高混凝土的各項(xiàng)性能。鋼纖維混凝土(SteelFiberReinofreedConerete，簡(jiǎn)寫(xiě)為SFRC)就是其中比較有效的增強(qiáng)材料。鋼纖維混凝土是在普通混凝土中摻入適量的鋼纖維而形成的可澆筑、可噴射成型的一種新型復(fù)合材料。它是近些年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種性能優(yōu)良且應(yīng)用廣泛的復(fù)合材料。其中所摻

19、的鋼纖維是用鋼質(zhì)材料加工制成的短纖維，目前常用的有:切斷型鋼纖維、剪切型鋼纖維、銑削型鋼纖維、熔抽型鋼纖維等。鋼纖維在纖維混凝土中的主要作用是限制混凝土中裂縫的擴(kuò)展，從而使其抗拉、抗彎、抗剪強(qiáng)度較普通混凝土有顯著的提高，其抗沖擊、抗疲勞、裂后韌性和耐久性也有較大改善，使原屬于脆性材料的混凝土變成了具有一定塑性性能的復(fù)合材料。 1.1.1 國(guó)內(nèi)外研究狀況 鋼纖維混凝土出現(xiàn)于上世紀(jì)初，早在1907一1908年間，蘇聯(lián)專(zhuān)家便將鋼纖維應(yīng)用到了混凝土中，從而開(kāi)創(chuàng)了鋼纖維混凝土的歷史。1910年，美國(guó)的H.F.Porter發(fā)表了有關(guān)以短纖維增強(qiáng)混凝土的研究報(bào)告。20世紀(jì)中，美國(guó)的Garham曾把鋼纖維

20、摻入普通鋼筋混凝土中，得到了可以提高混凝土強(qiáng)度和穩(wěn)定性的結(jié)果。到了20世紀(jì)40年代，美國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、德國(guó)等先后公布了許多關(guān)于用鋼纖維混凝土補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)方面的專(zhuān)利，但一直都沒(méi)有將鋼纖維混凝土實(shí)用化。直到1963年J.P.Rmoualdi和G.B.BatS。n等人先后發(fā)表了一系列關(guān)于鋼纖維增強(qiáng)混凝土機(jī)理的文章，提出了纖維間距理論后，有關(guān)鋼纖維的研究和應(yīng)用才開(kāi)展起來(lái)。1966年，美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)增設(shè)了纖維混凝土委員會(huì)，1969年，美國(guó)批準(zhǔn)了“混凝土和鋼材組成的二相材料”專(zhuān)利，為以后鋼纖維混凝土技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。但是由于鋼纖維的造價(jià)較高，這也是阻礙鋼纖維混凝土實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)很重要的方面。到了20

21、世紀(jì)70年代，美國(guó)Batetlel公司開(kāi)發(fā)了熔抽技術(shù)，大大降低了鋼纖維的造價(jià)，為鋼纖維的使用創(chuàng)造了條件。此后20年間，鋼纖維混凝土在發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家的開(kāi)發(fā)研究得到了普遍重視，尤以日本、美國(guó)、英國(guó)進(jìn)展最快。為了增加各國(guó)之間的交流，編制鋼纖維混凝土統(tǒng)一的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)施工規(guī)程，推廣了鋼纖維混凝土的應(yīng)用。1973年在加拿大握太華舉辦了“纖維混凝土國(guó)際研討會(huì)”，1975年在倫敦由國(guó)際材料及結(jié)構(gòu)試驗(yàn)聯(lián)合會(huì)主辦召開(kāi)了“纖維水泥與混凝土國(guó)際研討會(huì)’，，1984年AC工544委員會(huì)纖維混凝土委員會(huì)在Detorti舉辦了“纖維增強(qiáng)混凝土研討會(huì)”，1985年在瑞典Stockhoml舉辦了“纖維增強(qiáng)混凝土性

22、能與應(yīng)用研討會(huì)”，1989年在英國(guó)威爾士大學(xué)舉辦了“纖維增強(qiáng)水泥與混凝土最新發(fā)展國(guó)際會(huì)議”，1990年在美國(guó)麻省Bostno舉辦了“纖維增強(qiáng)水泥及材料研討會(huì)”，1991年在法國(guó)Stuttgart大學(xué)舉辦了“高性能纖維水泥復(fù)合材料研討會(huì)”，1995年在美國(guó)MIChigan大學(xué)舉辦了“第二屆高性能纖維水泥復(fù)合材料國(guó)際研討會(huì)”，1997年在中國(guó)廣州舉辦了“纖維水泥及纖維混凝土國(guó)際會(huì)議”。通過(guò)這些會(huì)議的交流和討論，美國(guó)和日本先后制定了《纖維混凝土分類(lèi)、拌和及澆筑成型指南》，并于1993年進(jìn)行了修訂。日本土木工程學(xué)會(huì)和混凝土協(xié)會(huì)先后制定了《鋼纖維混凝土設(shè)計(jì)指南》和《纖維混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，為我國(guó)《鋼纖

23、維混凝土設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》的制定提供了有力的依據(jù)。 我國(guó)對(duì)鋼纖維混凝土的研究較晚，20世紀(jì)70年代后期才開(kāi)展了對(duì)鋼纖維混凝土的研究。最早由國(guó)防科委和中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院開(kāi)始，1978年以來(lái)西安空軍工程學(xué)院、大連理工大學(xué)、哈爾濱建筑大學(xué)、東南大學(xué)、鄭州大學(xué)、華北水利水電學(xué)院、浙江水利水電科學(xué)研究所等高等院校和科研單位進(jìn)行了大量關(guān)于鋼纖維混凝土基本力學(xué)性能及其結(jié)構(gòu)性能的研究，同時(shí)也對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的施工工藝進(jìn)行了研究。隨著鋼纖維混凝土在實(shí)際工程中的不斷應(yīng)用，我國(guó)也有待制定適合實(shí)際工程的設(shè)計(jì)與施工規(guī)程。1986年“第一屆全國(guó)纖維水泥制品與纖維混凝土學(xué)術(shù)會(huì)議”在大連召開(kāi)，自此以后國(guó)內(nèi)有關(guān)鋼纖維混凝土的試驗(yàn)和應(yīng)

24、用研究逐漸活躍。到目前為止先后召開(kāi)了十屆會(huì)議，分別是:第一屆，1986年10月在大連;第二屆，1988年8月在哈爾濱;第三屆，1990年n月在武漢;第四屆，1992年n月在南京;第五屆，1994年10月在廣東南海市;第六屆，1996年n月在重慶;第七屆，1998年12月在井岡山;第八屆，2000年10月在濟(jì)南;第九屆，2002年10月在鄭州;第十屆，2004年11月在上海;擬定第十一屆于2006年在大連召開(kāi)。并于1991年在大連成立了“中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土學(xué)會(huì)纖維混凝土委員會(huì)”。 1.1.2 鋼纖維混凝土的基本性能 國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼纖維的作用機(jī)理和鋼纖維混凝土的基本性能做了大量

25、的研究，現(xiàn)歸 納如下： 鋼纖維混凝土中亂向分布的短纖維主要作用是阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展和阻滯宏觀裂縫的發(fā)生和發(fā)展。在受荷(拉、彎)初期，水泥基料與纖維共同承受外力，當(dāng)混凝土開(kāi)裂后，橫跨裂縫的纖維成為外力的主要承受者。因此鋼纖維混凝土與普通混凝土相比具有一系列優(yōu)越的物理和力學(xué)性能。 1.強(qiáng)度和重量比值增大 這是鋼纖維混凝土具有優(yōu)越經(jīng)濟(jì)性的重要標(biāo)志。 2.具有較高的抗拉、抗彎、抗剪和抗扭強(qiáng)度 在混凝土中摻入適量鋼纖維，其抗拉強(qiáng)度提高25%～50%，抗彎強(qiáng)度提高40%～80%，抗剪強(qiáng)度提高50%～100%。 3．具有卓越的抗沖擊性能 材料抵抗沖擊或震動(dòng)荷載作用的性能，稱(chēng)為沖擊韌性

26、，在通常的纖維摻量下，沖擊抗壓韌性可提高2～7倍，沖擊抗彎、抗拉等韌性可提高幾倍到幾十倍收縮性能明顯改善在通常的纖維摻量下，鋼纖維混凝土較普通混凝土的收縮值降低7%～9%。 4.抗疲勞性能顯著提高 鋼纖維混凝土的抗彎和抗壓疲勞性能比普通混凝土都有較大改善。當(dāng)摻有1.5%鋼纖維抗彎疲勞壽命為11 0 6次時(shí)，應(yīng)力比為0.68，而普通混凝土僅為0.51；當(dāng)摻有2%鋼纖維混凝土抗壓疲勞壽命達(dá)2106次時(shí)，應(yīng)力比為0.92，而普通混凝土僅為0.56。 5.耐久性能顯著提高 鋼纖維混凝土除抗?jié)B性能與普通混凝土相比沒(méi)有明顯變化外，由于鋼纖維混凝土抗裂性、整體性好，因而耐凍融性、耐熱性、耐磨性、抗氣

27、蝕性和抗腐蝕性均有顯著提高。摻有1.5%的鋼纖維混凝土經(jīng)1 5 0次凍融循環(huán)，其抗壓和抗彎強(qiáng)度下降約2 0%，而其他條件相同的普通混凝土卻下降6 0%以上，經(jīng)過(guò)2 0 0次凍融循環(huán)，鋼纖維混凝土試件仍保持完好。摻量為1%、強(qiáng)度等級(jí)為C F 3 5的鋼纖維混凝土耐磨損失比普通混凝土降低30%。摻有2%鋼纖維高強(qiáng)混凝土抗氣蝕能力較其他條件相同的高強(qiáng)混凝土提高1.4倍。鋼纖維混凝土在空氣、污水和海水中都呈現(xiàn)良好的耐腐蝕性，暴露在污水和海水中5年后的試件碳化深度小于5 m m，只有表層的鋼纖維產(chǎn)生銹斑，內(nèi)部鋼纖維未銹蝕，不像普通鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕后，銹蝕層體積膨脹而將混凝土脹裂。 1.1.3 鋼纖

28、維混凝土的應(yīng)用 鋼纖維混凝土作為一種新型復(fù)合材料，自1963年來(lái)，在實(shí)際工程中得到了不斷的應(yīng)用，它所應(yīng)用的范圍遍布于建筑工程、水利工程、交通工程、鐵路工程等。 1、建筑工程 鋼纖維混凝土在建筑工程中一般應(yīng)用于房屋建筑工程、預(yù)制樁工程、框架節(jié)點(diǎn)、屋面防水工程、地下防水工程等工程中。如在抗震框架節(jié)點(diǎn)中使用鋼纖維混凝土，能代替箍筋滿足節(jié)點(diǎn)對(duì)強(qiáng)度、延性、耗能等方面的要求，還能提供類(lèi)似于箍筋約束混凝土的作用，提高節(jié)點(diǎn)的剪壓比限值，并解決節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋擁擠使混凝土難于澆注的施工問(wèn)題;鋼纖維混凝土還具有良好的抗裂性，可使構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)荷載下處于線彈性階段而不開(kāi)裂，不出現(xiàn)應(yīng)力的重分布。用鋼纖維混凝土制成的自防水

29、預(yù)應(yīng)力屋面板，不僅提高了自防水預(yù)應(yīng)力屋面板的抗裂性能，同時(shí)也減少了縱向預(yù)應(yīng)力筋的配筋率，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。實(shí)例有:福州東方大廈、沈陽(yáng)商業(yè)城、沈陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)術(shù)報(bào)告廳、江蘇省丹陽(yáng)市中心醫(yī)院、吉林北園之春大酒店等工程。 2、水利工程 鋼纖維混凝土在水利工程中的應(yīng)用也比較多，主要用于受高速水流作用以及受力比較復(fù)雜的部位，如溢洪道、泄水孔、消力池、閘底板和渡槽、大壩防滲面板等。這些位置對(duì)混凝土材料自身的抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度以及抗裂性能的要求都比較高，也正發(fā)揮了鋼纖維混凝土的自身優(yōu)勢(shì)。目前在實(shí)際中應(yīng)用的有:小浪底水利樞紐工程、三峽工程、葛洲壩水利樞紐工程、杭州市德勝壩工程等。 3、交通工程 在交通

30、工程方面鋼纖維混凝土主要在公路路面、橋面鋪裝、機(jī)場(chǎng)跑道等工程領(lǐng)域使用。利用鋼纖維混凝土較普通混凝土有較好的韌性，抗沖擊、抗疲勞性。目前己完成的工程項(xiàng)目有:北京東四環(huán)路立交橋、滬航高速公路、貴州烏江大橋、三峽工程樂(lè)天溪大橋、廣西靜蘭大橋等工程。 4、鐵路工程 鋼纖維混凝土主要用于預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土鐵路軌枕、雙塊式鐵路軌枕及鐵路橋面防水保護(hù)層等工程中。鐵路工程要承受較大的荷載、較高的速度和數(shù)萬(wàn)次的振動(dòng)，所以要求混凝土必須具有較高的強(qiáng)度、較高的抗沖擊性及較大的塑性。這正利用了鋼纖維混凝土的抗沖擊性及較好的塑性。鐵路上使用鋼纖維混凝土建成的工程有:柳州鐵路局黔桂鐵路鋪設(shè)工程、沈陽(yáng)鐵路局長(zhǎng)大線維修工

31、程等。除了上述領(lǐng)域外，還有很多鋼纖維混凝土的應(yīng)用實(shí)例，如薄壁蓄水結(jié)構(gòu)、預(yù)制板、預(yù)制成型的耐火材料、抗爆結(jié)構(gòu)等。 1.2 混雜纖維混凝土以及鋼-混凝土組合梁在國(guó)內(nèi)外的 研究及其應(yīng)用概況 1.2.1 混雜纖維混凝土的特性及其研究狀況 （1）混雜纖維混凝土的特性 混凝土具有抗壓強(qiáng)度高、剛度大的特性 ,但抗裂性、抗沖擊性和變形能力較差。因此，通過(guò)摻入纖維來(lái)降低脆性,提高混凝土變形能力和韌性等是今后發(fā)展方向。合成纖維增強(qiáng)混凝土中擁有根數(shù)巨多的亂向分布的纖維，可以有效地防止混凝土的早期開(kāi)裂,改善混凝土的品質(zhì)，減少混凝土在施工期的裂縫和缺陷，提高混凝土的韌性、抗沖擊、抗凍融、抗?jié)B、抗疲勞等耐

32、久性。 混雜纖維復(fù)合材料既能夠充分發(fā)揮不同纖維的優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，優(yōu)化 FRP(Fiber Reinforced Plastics)的綜合力學(xué)性能(或某一性能)，又能顯著降低成本 ，因此，它正在越來(lái)越廣泛地取代單一FRP，應(yīng)用于航天航空、船舶與汽車(chē)制造、土木工程等領(lǐng)域。關(guān)于混雜纖維復(fù)合材料的已有研究主要是關(guān)于碳纖維與玻璃纖維的混雜方式 ，在碳/玻璃混雜纖維復(fù)合材料逐步斷裂過(guò)程中，由于不平穩(wěn)的應(yīng)力轉(zhuǎn)移使周?chē)w維產(chǎn)生應(yīng)力集中而受到損傷，易導(dǎo)致混雜纖維復(fù)合材料過(guò)早破壞或承載力急劇下降。 在混凝土中添加各類(lèi)纖維，除了可提高混凝土的抗壓強(qiáng)度外，更重要的是可顯著改善混凝土的抗裂性和抗沖擊韌性。當(dāng)各種組成

33、材料配合恰當(dāng)，施工方法正確時(shí)，和素棍凝土相比，纖維混凝土的抗折強(qiáng)度可提高40%左右，抗沖擊韌性可提高50%左右。 在混凝土中同時(shí)摻入兩種或以上纖維時(shí)，一方面，彈性模量較混凝土高的纖維(如鋼纖維、抗堿玻璃纖維、碳纖維等)起增強(qiáng)材料的作用，抑制裂縫的擴(kuò)展 ，彈性模量與混凝土相當(dāng)?shù)幕w類(lèi)纖維(如聚丙烯纖維、丙綸纖維、聚乙烯纖維等)能顯著提高纖維增強(qiáng)混凝土的裂 后變形能力，形成所謂的多點(diǎn)開(kāi)裂。另一方面，隨混凝土中纖維體積含量的增加，平均而言，混凝土中纖維間距將明顯減小 ，從而可明顯提高纖維混凝土的抗裂性和斷裂韌性。 （2）混雜纖維增強(qiáng)混凝土 兩種或兩種以上不同類(lèi)別纖維制成的纖維混凝土稱(chēng)為混雜纖維

34、混凝土。目前有鋼纖維與各類(lèi)合成纖維的混雜，各類(lèi)合成纖維之間的混雜使用。從廣義上，混雜纖維混凝土可分為以下四種類(lèi)型。 （a）主要纖維與輔助纖維的混雜，在預(yù)制混凝土構(gòu)件中有使用該類(lèi)復(fù)合材料。例如，動(dòng)用某些合成纖維(臘綸、丙綸)在流漿工藝線上制造非石棉纖維混凝土制品時(shí)，以這些纖維做主要纖維在制品中起增強(qiáng)增韌作用，同時(shí)摻人木漿纖維等藉以吸附水泥粒子并控制料漿過(guò)濾速率。 (b)不同尺度的同一類(lèi)纖維的混雜。纖維按照尺度分為兩類(lèi):一類(lèi)是長(zhǎng)而且粗的纖維，稱(chēng)為粗纖維;另一類(lèi)為短而細(xì)的纖維，稱(chēng)為細(xì)纖維或微纖維。研究結(jié)果表明用三種不同尺寸、同一性質(zhì)的鋼纖維制作混雜纖維增強(qiáng)混凝土，較之用一種尺寸制作的纖維混凝土，

35、在阻裂、減少收縮與提高抗?jié)B性等方面均有明顯的效果。 (c)尺寸相近的不同種類(lèi)的纖維混雜，將尺寸相近，材料和性能不同的相混雜以制作某些纖維增強(qiáng)混凝土。其中最典型的例子為使楊氏模量高的鋼纖維和碳纖維與楊氏模量低的某些合成纖維相混雜。此情況下高模量纖維在基材中出現(xiàn)較小與中等寬度的裂縫時(shí)可發(fā)揮最佳的增強(qiáng)作用，而低模量纖維在基材出現(xiàn)大裂縫才充分發(fā)揮其增強(qiáng)、增韌作用。 (d)不同尺寸和不同種類(lèi)纖維的混雜。例如，將長(zhǎng)而粗的鋼纖維和短而細(xì)的合成纖維相混雜，以期在纖維尺寸與纖維力學(xué)性能上同時(shí)起到混雜效應(yīng)。 關(guān)于混雜纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的混雜效應(yīng)機(jī)制、不同尺寸與性能的纖維混雜的優(yōu)化以及該復(fù)合材料的設(shè)計(jì)的迄

36、今尚處在初級(jí)階段。雖近年來(lái)阮roushian與Elyamany，Qian與Stroeven，Banthia與Nandakuma:應(yīng)用新斷裂力學(xué)對(duì)此類(lèi)復(fù)合材料進(jìn)行了研究，但也剛剛起步，尚有待進(jìn)行深人的研究。 混雜纖維將配置成下面幾種水泥基復(fù)合材料: ①鋼纖維和合成纖維混雜增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料;②鋼纖維一乙綸纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料;③鋼纖維一維綸纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料;④鋼纖維一丙綸纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料;⑤鋼纖維一尼龍纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料;⑥玻璃纖維與合成纖維混雜增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料;⑦纖化聚丙烯薄膜一玻璃纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料;⑧玻璃纖維一維綸纖維一丙綸纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料;⑨碳纖維無(wú)捻粗

37、沙一纖化聚丙烯薄膜增強(qiáng)水泥;⑩碳纖維一丙綸纖維增強(qiáng)混凝土;⑨碳纖維一尼龍纖維水泥。 纖維混凝土增強(qiáng)機(jī)理： 建立在Grffith理論基礎(chǔ)上的線彈性斷裂力學(xué)主要涉及理想脆性材料的非擴(kuò)展問(wèn)題。微觀觀察表明:纖維混凝土的破壞也是由于裂縫的擴(kuò)展而造成的，雖然由于纖維混凝土的不均勻性，裂縫擴(kuò)展和素混凝土不完全相同，目前直接將線彈性斷裂力學(xué)應(yīng)用于纖維混凝土還存在一些問(wèn)題，但是目前關(guān)于纖維混凝土的斷裂與損傷力學(xué)的研究非?；钴S，也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，線性斷裂力學(xué)的觀點(diǎn)認(rèn)為：當(dāng)臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子或臨界應(yīng)變能釋放率等是造成裂縫失穩(wěn)擴(kuò)展的原因，提出了一些斷裂力學(xué)模型，如應(yīng)力強(qiáng)度因子準(zhǔn)則或裂縫尖端張開(kāi)位移斷裂準(zhǔn)則等。

38、 由于纖維混凝土的阻裂增強(qiáng)作用，使纖維混凝土在破壞前存在著較長(zhǎng)的裂縫穩(wěn)定擴(kuò)展過(guò)程，在裂縫尖端存在著發(fā)育充分的微裂縫紋區(qū)。當(dāng)裂縫擴(kuò)展通過(guò)纖維強(qiáng)化區(qū)時(shí)，裂縫將受到纖維的阻擋作用而緩慢擴(kuò)展或改變方向繞過(guò)纖維在易于通過(guò)的方向擴(kuò)展，然后又遇到其它纖維的阻裂。開(kāi)裂區(qū)的纖維提供拔拉阻力，阻止裂縫地?cái)U(kuò)展。由于纖維的亂向分布，使得阻裂的方向也呈隨機(jī)性，這樣增加了裂縫的擴(kuò)展路徑，使得材料表現(xiàn)出較長(zhǎng)的緩慢擴(kuò)展過(guò)程，呈現(xiàn)出“塑性”特性。由于纖維對(duì)于裂縫的連接作用，使裂縫在擴(kuò)展過(guò)程中吸收更多的能量。因此，纖維混凝土裂縫擴(kuò)展機(jī)理研究的重點(diǎn)是建立合理的理論以反映纖維的阻裂強(qiáng)化機(jī)理。 關(guān)于纖維混凝土增強(qiáng)機(jī)理的研究，主要有兩

39、種理論。一種是纖維間距理論，另一種是復(fù)合力學(xué)理論。①纖維間距理論有Romualdi和Batson于1963年提出，根據(jù)線彈性斷裂力學(xué)來(lái)說(shuō)明纖維對(duì)裂縫發(fā)生和發(fā)展的阻滯作用。該理論認(rèn)為要增強(qiáng)混凝土的抗裂性和延性，必須盡可能地減小基體內(nèi)部缺陷的尺寸，降低裂縫端的應(yīng)力集中程度。而纖維的摻人起到了優(yōu)化材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)和降低裂縫端應(yīng)力集中的雙重效應(yīng)。②后來(lái)英國(guó)Swamy，mangat教授提出了“復(fù)合材料機(jī)理”從復(fù)合材料的混合原理出發(fā)，將纖維增強(qiáng)混凝土看作纖維的強(qiáng)化體系，用混合原理推求纖維混凝土的抗拉和抗彎拉強(qiáng)度。上述斷裂力學(xué)和復(fù)合材料理論得到了大家的認(rèn)同和重視，極大地促進(jìn)了纖維混凝土推廣應(yīng)用。 （3）混

40、雜纖維混凝土在國(guó)內(nèi)外的研究狀況 鋼纖維混凝土的增強(qiáng)理論，早期已有許多學(xué)者進(jìn)行了研究和討論。纖維混凝土增強(qiáng)機(jī)理方面，一般認(rèn)為有復(fù)合力學(xué)理論和建立在斷裂力學(xué)基礎(chǔ)上的纖維間距理論。最先將復(fù)合力學(xué)理論用于纖維混凝土的有:英國(guó)的R.N.wSmay、P.5.Mnagat和美國(guó)的A.E.Naaman、D.c.Hnanant。這一理論分析纖維增強(qiáng)或其他復(fù)合材料時(shí)大多是將復(fù)合材料視為多相體系，對(duì)SFRC的簡(jiǎn)化是以纖維為一相，以混凝土為一相的兩相復(fù)合材料，復(fù)合材料的性質(zhì)為各相性能的加和值。此后許多學(xué)者對(duì)這一理論做了進(jìn)一步的發(fā)展，如H.G.Allen、D.J.Hnanant等，他們做法是通過(guò)概率統(tǒng)計(jì)的方法在各相材

41、料加和的系數(shù)做出調(diào)整，選取一些與試驗(yàn)相接近的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。 合成纖維混凝土的研究及應(yīng)用始于上個(gè)世紀(jì)60年代，并于70年代得到了蓬勃的發(fā)展。由于合成纖維能有效地控制水泥砂漿及混凝土的非結(jié)構(gòu)裂縫，合成纖維混凝土在80年代已被大規(guī)模地應(yīng)用于新建工程和修補(bǔ)工程。目前，美國(guó)合成纖維混凝土的使用量已占混凝土總產(chǎn)量的7%，數(shù)量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)先期開(kāi)發(fā)的鋼纖維混凝土(3%)，被譽(yù)為近代混凝土技術(shù)的新發(fā)展。而采用高模量纖維，如碳纖維、芳族聚酞胺纖維，可大幅度提高混凝土的抗拉、抗彎強(qiáng)度，對(duì)韌性也有提高，但費(fèi)用大；而低價(jià)的低模量、大變形纖維，如聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維及維綸纖維、聚酞胺類(lèi)纖維、聚丙烯睛纖維等，雖對(duì)強(qiáng)度貢獻(xiàn)不

42、大，卻可大幅度提高其韌性。欲經(jīng)濟(jì)地同時(shí)提高混凝土的強(qiáng)度和韌性，可同時(shí)摻入高模量纖維和高延性纖維，使兩種纖維在不同的受荷階段和不同的結(jié)構(gòu)層次發(fā)揮增強(qiáng)增韌作用，從而獲得具有優(yōu)異綜合力學(xué)性能的混凝土。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)混雜纖維增強(qiáng)混凝土的研究還剛剛起步，關(guān)于它的力學(xué)特性，在靜、動(dòng)載及等幅、變幅循環(huán)荷載作用下的變形發(fā)展規(guī)律和損傷特性的研究還是空白。 在普通混凝土中加入各類(lèi)纖維可以使混凝土的抗剪、抗彎、抗拉強(qiáng)度等都有所提高，同時(shí)也大大改善了普通混凝土的抗沖擊、抗疲勞、裂后韌性和耐久性。而對(duì)于鋼筋鋼纖維普混凝土構(gòu)件，國(guó)內(nèi)外的大量研究結(jié)果表明:鋼纖維以及其他纖維混雜在鋼筋混凝土構(gòu)件中起到了阻裂、增強(qiáng)、增韌作用，

43、從而使鋼筋混凝土構(gòu)件的抗彎、抗剪、抗沖擊強(qiáng)度以及斷裂韌度、抗疲勞性能、開(kāi)裂荷載等都有明顯的提高。 為了改善鋼筋混凝土的不足，國(guó)內(nèi)外研究者采用在鋼筋鋼纖維混凝土中加入其他纖維的方法?；祀s纖維混凝土就是在鋼筋混凝土中加入鋼纖維而形成的復(fù)合材料。它除了具備鋼筋鋼纖維混凝土的優(yōu)點(diǎn)之外，還克服了其中的不足，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)混雜纖維混凝土進(jìn)行了初步的試驗(yàn)研究和理論分析，尤其對(duì)混雜纖維混凝土基本力學(xué)性能的研究基本上己形成體系，對(duì)混雜纖維混凝土構(gòu)件也有了一定的研究。具體情況如下： 1.北京工業(yè)大學(xué)的鄧宗才和李建輝研究了碳（CFRP）/芳綸(AFRP)/玻璃纖維(GFRP)層間混雜纖維加固腐蝕梁的抗彎性能。結(jié)果

44、表明：CFRP/AFRP/GFRP層間混雜纖維加固腐蝕梁的開(kāi)裂、屈服、峰值、極限荷載比未加固腐蝕梁分別提高了14%、35%、102%、109%，而位移延性系數(shù)則降低了11%，在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，給出了HFRP布加固腐蝕梁的承載力計(jì)算方法，理論計(jì)算值與試驗(yàn)值相吻合。 2.武漢理工大學(xué)的袁海慶、陳景濤、朱繼東通過(guò)力學(xué)性能對(duì)比試驗(yàn), 研究了層布式鋼纖維和聚丙烯腈纖維的混雜應(yīng)用對(duì)混凝土的力學(xué)性能的影響, 試驗(yàn)內(nèi)容有: 抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度、彎曲韌性和抗彎拉彈性模量。為了對(duì)各種纖維混凝土進(jìn)行力學(xué)性能對(duì)比, 各項(xiàng)試驗(yàn)分別對(duì)層布式鋼纖維、聚丙烯腈纖維混凝土、聚丙烯腈纖維混凝土和素混凝土進(jìn)行?？箯?/p>

45、拉試件采用150mm150mm550mm 梁式試件 , 彎曲韌性試驗(yàn)采用100mm100mm400mm 梁式試件 。結(jié)果表明，層布式鋼纖維-丙烯腈混雜纖維明顯提高了混凝土的抗彎拉性能，顯著改善了混凝土的延性和彎曲韌性。 3. 華南理工大學(xué)的郭永昌、黃培彥以及廣東工業(yè)大學(xué)的朱江、劉鋒對(duì)采用杜拉纖維和鋼纖維混雜改性的混凝土梁外貼碳纖維布和玻璃纖維布 (CFS／GFS)進(jìn)行混雜加固抗彎試驗(yàn)，對(duì)構(gòu)件的開(kāi)裂及發(fā)展情況以及構(gòu)件加固后剛度的變 化進(jìn)行了對(duì)比分析研究．試驗(yàn)結(jié)果表明，摻入杜拉纖維和鋼纖維，可以延緩混凝土構(gòu)件微小裂縫的出現(xiàn)，控制裂紋擴(kuò)展，提高混凝土材料的強(qiáng)度，這種混雜纖維混凝土梁在試驗(yàn)過(guò)程中表現(xiàn)

46、出比單一纖維混凝土梁更為優(yōu)良的材料性能．采用不同形式的纖維布加固混凝土梁得到的加固效果有較大的不同，按試驗(yàn)方案采用 CFS／GFS層間混雜加固纖維混凝土梁是一種有效的加固方法，在保證提高承載力的前提下，既提高了纖維混凝土構(gòu)件的延性，又可降低加固成本。 4.最近大連理工大學(xué)、東南大學(xué)、清華大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、青島理工大學(xué)、河海大學(xué)等都將注意點(diǎn)放到了將PVA纖維應(yīng)用于ECC上配制HPFRCCs，將其應(yīng)用在需要ECC這種高性能材料的工程中。 5.北京工業(yè)大學(xué)的鄧宗才、王現(xiàn)衛(wèi)通過(guò)與 ASTM - C1018 和JSCE- SF4 兩種韌性分析方法的比較 ,Nemkumar 等定義了新的纖維混凝土韌

47、性指標(biāo)。基于這個(gè)韌性指標(biāo) ,對(duì)纖維增強(qiáng)混凝土梁的彎曲韌性進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:Nemkumar 等定義的韌性指標(biāo)合理描述了荷載峰值后纖維混凝土能量吸收情況 ,和撓度曲線變化規(guī)律符合完好。纖維為巴奇超高分子合成纖維，截面為圓形，它由聚丙烯為主的復(fù)合材料加工而成，表面經(jīng)過(guò)微孔處理 (等離子或化學(xué)蝕刻)。試驗(yàn)按照美國(guó) ASTM - C1018 規(guī)范要求，用三分點(diǎn)加載梁進(jìn)行試驗(yàn)，梁凈跨為 300 mm。試驗(yàn)在清華大學(xué)土工實(shí)驗(yàn)室的德國(guó)電液伺服試驗(yàn)機(jī) (toninorm 2000) 上進(jìn)行 , 按照恒位移控制方法加載，計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)得到荷載 - 撓度全曲線。 6. 石家莊鐵道學(xué)院材料科學(xué)與

48、工程研究所的華淵、姜稚清以及武漢工業(yè)大學(xué)北京研究生部的王志宏研究了碳纖維、聚丙烯纖維增強(qiáng)混雜纖維混凝土(C-PHFRC)材料在疲勞荷載作用下的損傷積累和演化規(guī)律,建立了相應(yīng)的疲勞損傷模型,利用該模型對(duì)C-P HFRC材料進(jìn)行了壽命預(yù)測(cè),該模型有較高的精度。試驗(yàn)采用碳纖維、聚丙烯纖維配制了6個(gè)配合比的混雜纖維增強(qiáng)混凝土試樣，每個(gè)配合比灌注45個(gè)試件,然后進(jìn)行高頻等幅疲勞試驗(yàn)。 7.同濟(jì)大學(xué)姚武等研究并討論了碳纖維一鋼纖維混雜對(duì)高性能混凝土力學(xué)性能的影響?；祀s纖維混凝土的抗壓、抗拉強(qiáng)度、斷裂能和抗彎韌性得到顯著提高，其中，韌性指數(shù)提高了20%，斷裂能提高了21倍。 1.2.2 鋼-混凝土組合梁

49、在國(guó)內(nèi)外的研究及其應(yīng)用 1. 組合梁在國(guó)外的研究狀況 1901年Sewell為了提高建筑中柱的剛度,在方形鋼管柱內(nèi)填充了混凝土。1904年英國(guó)為提高建筑內(nèi)鋼柱的耐火性能，將鋼柱埋置在混凝土內(nèi)。1922年Gillespie.P,H.M.Macking等人在Daminion BridgeCompony進(jìn)行了2根外包混凝土鋼梁試驗(yàn)。1925年Scott.W.B.發(fā)表了組合梁強(qiáng)度的試驗(yàn)研究成果。1926年J.Kahn曾獲得組合梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的專(zhuān)利權(quán)，到1930年進(jìn)行了一系列組合梁結(jié)構(gòu)體系的試驗(yàn)研究，建立了組合梁按彈性理論的計(jì)算方法。1933年,R.C.Maning等第一次對(duì)機(jī)械剪力連接的組合梁開(kāi)展研究

50、,M.Ros通過(guò)試驗(yàn)研究，提出剪力連接件的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。1935~1936年,Vollmy進(jìn)行了螺旋筋剪力連接件組合梁試驗(yàn)。隨后即出現(xiàn)了在鋼梁與覆蓋的混凝土之間加入各類(lèi)連接件的構(gòu)造方法。這個(gè)時(shí)期可以認(rèn)為是組合梁的創(chuàng)始階段。 1933年Voellmy提出壓拉實(shí)驗(yàn)的方法。美國(guó)的Viest以0.0762mm的殘余位移量的荷載作為計(jì)算連接件強(qiáng)度的臨界值。1940年以后對(duì)所有的組合結(jié)構(gòu)的研究均指在鋼梁上放置混凝土板,并采用連接件連接的結(jié)構(gòu)。各國(guó)陸續(xù)將組合梁的相關(guān)內(nèi)容加入了規(guī)范。1960年美國(guó)組成了AISC-ACI組合梁聯(lián)合委員會(huì),開(kāi)展組合梁的研究工作。這個(gè)時(shí)期可以認(rèn)為是組合梁的研究起步階段。 從70

51、年代開(kāi)始,組合梁的應(yīng)用趨于普及,在交通、建筑等領(lǐng)域有著更為廣泛的應(yīng)用。1971年成立了由歐洲國(guó)際混凝土協(xié)會(huì)(CEB)和歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)(ECSS)共同組成的組合結(jié)構(gòu)委員會(huì)，并于1981年發(fā)布了《組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》。在此規(guī)范的基礎(chǔ)上，通過(guò)修改與補(bǔ)充，1985年，歐洲共同體(CEC)對(duì)組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行了較全面的總結(jié)，并提出了新的研究方向。這個(gè)時(shí)期可以認(rèn)為是組合梁進(jìn)一步深入研究，推廣應(yīng)用,進(jìn)一步完善規(guī)范的設(shè)計(jì)方法的階段。 2. 組合梁在國(guó)內(nèi)的發(fā)展和研究情況 我國(guó)從20世紀(jì)50年代開(kāi)始研究并應(yīng)用組合梁。武漢長(zhǎng)江大橋上層公路橋的縱梁就采用了組合梁。沈陽(yáng)煤礦設(shè)計(jì)院在1968年把組合梁用于煤礦井塔

52、結(jié)構(gòu)。黑龍江電力設(shè)計(jì)院也曾多次將組合梁應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。交通部1974年頒發(fā)的《公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》及1986年頒發(fā)的《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ025-86)對(duì)組合梁的構(gòu)造與計(jì)算做了有關(guān)規(guī)定。1993年由北京市政設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)的北京國(guó)貿(mào)橋的三個(gè)主跨采用了連續(xù)組合梁結(jié)構(gòu)，這是該結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)城市立交橋中首次應(yīng)用?，F(xiàn)在我國(guó)己建橋梁采用組合梁結(jié)構(gòu)的有：上海楊浦大橋橋面系結(jié)構(gòu)、蕪湖長(zhǎng)江大橋(公、鐵兩用)、京東部分立交橋等。 20世紀(jì)80年代初,鄭州工學(xué)院對(duì)2根采用槽鋼剪力連接件的簡(jiǎn)支組合梁進(jìn)行了試驗(yàn)，證明截面變形近似符合平截面假定，并在相繼試驗(yàn)中得到了槽鋼剪力連接件的破壞形態(tài)極限承載力計(jì)算公

53、式和極限承載力上限值等。自80年代后期開(kāi)始,鄭州工學(xué)院、清華大學(xué)等單位對(duì)采用栓釘連接件的組合梁進(jìn)行了試驗(yàn)研究和理論分析，提出了一系列簡(jiǎn)易計(jì)算公式，改進(jìn)了組合梁的設(shè)計(jì)。1995年起，清華大學(xué)等單位對(duì)部分剪力連接組合梁進(jìn)行了試驗(yàn)研究。1999年起河海大學(xué)對(duì)部分剪力連接組合梁的滑移性能進(jìn)行系統(tǒng)的研究。清華大學(xué)、東北大學(xué)等還相繼進(jìn)行了鋼—高強(qiáng)混凝土組合梁和鋼—輕骨料混凝土組合梁的試驗(yàn)研究。 3. 組合梁的發(fā)展前景及其應(yīng)用 組合梁結(jié)構(gòu)在我國(guó)的建筑和橋梁建筑領(lǐng)域已得到越來(lái)越多的應(yīng)用，并顯示了很好的受力性能和很好的綜合經(jīng)濟(jì)效益將。鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)越來(lái)越廣泛地在工程實(shí)踐中被采用。同時(shí)，也隨著泵灌技

54、術(shù)，高強(qiáng)、高性能、混雜纖維、輕質(zhì)混凝土的研究與利用，以及預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)即將進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。鋼-混凝土組合梁現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用于多層工業(yè)廠房像1988年開(kāi)始建設(shè)的國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目---太原第一熱電廠五期工程，高層建筑像北京國(guó)際技術(shù)培訓(xùn)中心，橋梁結(jié)構(gòu)像北京國(guó)貿(mào)橋等。 近年來(lái)，雖然鋼—混凝土組合梁在我國(guó)建筑和橋梁等領(lǐng)域已經(jīng)得到越來(lái)越多的應(yīng)用，顯示出很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，受到了建設(shè)單位和施工單位的青睞，然而，由于部分專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員和主管領(lǐng)導(dǎo)并不算綜合效益帳，簡(jiǎn)單的把組合梁和鋼筋混凝土梁相比較。誠(chéng)然，組合梁的造價(jià)比鋼筋混凝土梁要高30%~40%，但是，組合梁帶來(lái)的

55、綜合效益如結(jié)構(gòu)高度降低，自重減輕，地震作用減少，豎向構(gòu)件截面尺寸減少，基礎(chǔ)造價(jià)降低，延性提高，施工費(fèi)用降低，施工速度加快等是相當(dāng)可觀的。目前我國(guó)有規(guī)范和規(guī)程關(guān)于組合梁的的設(shè)計(jì)條文尚不完善，甚至不合理，我們需要加大對(duì)對(duì)鋼—混凝土組合梁的投入，在組合梁領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)一步促進(jìn)新型組合梁的開(kāi)發(fā)，克服普通組合梁存在的一些問(wèn)題，使我國(guó)的結(jié)構(gòu)工程向高技術(shù)和高質(zhì)量方向發(fā)展。 1.3 研究的背景和意義 混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)至今已有150年左右，真正現(xiàn)代工程意義上的混凝土結(jié)構(gòu)從本世紀(jì)初出現(xiàn)，至今也只有100年左右。但以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期推算，現(xiàn)有的很多橋梁、隧道、建筑物以及其他生命線工程等基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、設(shè)施已達(dá)設(shè)計(jì)使用年限，加之施工

56、質(zhì)量、地震和戰(zhàn)爭(zhēng)等多方面的原因，都急需進(jìn)行加固和修復(fù)。同時(shí)對(duì)于現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和發(fā)展雜記規(guī)模、性能和財(cái)政等方面和過(guò)去相比有了很大變化，技術(shù)要求越來(lái)越高。此外，怎樣對(duì)大量現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行改造和翻新，最大程度利用現(xiàn)有的資源，也是當(dāng)今世界研究的一個(gè)重要焦點(diǎn)。人們預(yù)測(cè)，如果沒(méi)有根本性的技術(shù)革新和不能充分重視這些問(wèn)題，幾十年后社會(huì)將無(wú)法負(fù)擔(dān)龐大的基礎(chǔ)設(shè)施的維修和管理費(fèi)用。因此，可持續(xù)發(fā)展的維修、加固、改造、新建技術(shù)的開(kāi)發(fā)和研究是21世紀(jì)結(jié)構(gòu)工程工作者的最大課題?；炷两Y(jié)構(gòu)在我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中也普遍使用。工業(yè)廠房從“一五”時(shí)期就開(kāi)始大量采用;民用建筑從70年代末以來(lái)也大量使用。混凝土結(jié)構(gòu)是我國(guó)發(fā)展

57、速度最快的一種建筑結(jié)構(gòu)形式。改革開(kāi)放以來(lái)，建筑業(yè)市場(chǎng)較為混亂，造成建筑工程質(zhì)量低劣，工程事故屢有發(fā)生，已引起人們的重視。.為了保障人們的人身安全，迫切需要對(duì)現(xiàn)有不符合國(guó)家建筑工程質(zhì)量要求的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理。加之出于環(huán)保和文化等原因，當(dāng)然主要還有經(jīng)濟(jì)原因，也迫切需要對(duì)老舊混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)加固，延長(zhǎng)建筑的使用壽命。 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是一種多相材料，其力學(xué)性能與諸多因素有關(guān)，如纖維的體積率、分布規(guī)律、形狀以及界面性質(zhì)等，此外，材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)特性對(duì)其力學(xué)性能也有很大的影響。目前在低彈模合成纖維混凝土的研究方面，一般將合成纖維當(dāng)作非結(jié)構(gòu)性補(bǔ)強(qiáng)材料。一般而言，高彈模纖維的增強(qiáng)、增韌效果很好，但價(jià)格

58、較高；低彈模纖維增強(qiáng)效果較差，增韌效果較好，對(duì)耐久性的提高很大。如果通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，使鋼纖維、碳纖維等高彈模纖維與其它低彈模纖維(如聚丙烯、聚丙烯睛，尼龍等)相混雜，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，在不同層次和受荷階段發(fā)揮“正混雜效應(yīng)”來(lái)增強(qiáng)混凝土，從復(fù)合材料的觀點(diǎn)及改善性能和經(jīng)濟(jì)上考慮都是可行的。 合成纖維混凝土已經(jīng)在水利工程、道路、橋梁等土木工程領(lǐng)域應(yīng)用20余年，積累了大量研究成果和工程經(jīng)驗(yàn)，各方面的技術(shù)已日趨成熟且付之實(shí)施。它必將在水利工程領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。合成纖維主要用于限止早期收縮裂縫的合成纖維混凝土，其限裂等級(jí)不宜低于二級(jí)，其檢驗(yàn)和評(píng)定方法按文中試驗(yàn)方法進(jìn)行。對(duì)硬化混凝土有增韌要求的合成纖

59、維混凝土，應(yīng)進(jìn)行彎曲韌性試驗(yàn)，試驗(yàn)方法可參照鋼纖維混凝土試驗(yàn)方法的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。其韌性指數(shù)應(yīng)滿足的要求。對(duì)于合成纖維混凝土的抗?jié)B和抗凍融性要求，可根據(jù)工程設(shè)計(jì)確定，且其抗?jié)B性和抗凍融性指標(biāo)宜通過(guò)試驗(yàn)確定，其試驗(yàn)方法應(yīng)符合有關(guān)普通混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。 1.4 本文的研究方法及所做的工作 層布式鋼纖維混凝土是近年開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種新纖維混凝土形式，它是將少量鋼纖維在混凝土構(gòu)件上表層、下表層或上下表層均勻撒布。而構(gòu)件的其余部分仍為素混凝土。層布式鋼纖維混凝土中鋼纖維的這種摻配方式 不僅提高了混凝土的抗裂性能、抗彎拉強(qiáng)度、抗彎韌性和疲勞性能，而且可節(jié)省材料、降低混凝土造價(jià)。但層布式鋼纖維混凝土

60、的大部分仍為素混凝土，這部分素混凝土的抗裂性能和韌性較差，成了層布式鋼纖維混凝土構(gòu)件的軟肋。聚乙烯醇（PVA）纖維有較高的抗拉強(qiáng)度和彈性模量，能有效提高混凝土的抗裂、抗沖擊、抗疲勞、抗?jié)B、抗凍和抗碳化等性能。另外，層布式鋼纖維混凝土鋼纖維的幾種撒布方式中經(jīng)濟(jì)性最高，增強(qiáng)效果又比較突出的是在混凝土下表層撒布鋼纖維。因此，可以考慮在底層層布鋼纖維混凝土中混摻 PVA 纖維來(lái)改善混凝土的韌性，目前，關(guān)于層布式鋼纖維混凝土梁、層布式鋼纖維與聚丙烯腈等其他纖維混雜混凝土梁的抗彎韌性研究報(bào)道較多，但層布鋼纖維與 PVA 混摻纖維混凝土梁抗彎韌性研究未見(jiàn)報(bào)道。鄧宗才等人研究了不同長(zhǎng)徑比、外形的鋼纖維與不同摻

61、量 PVA 纖維對(duì)混凝土梁抗彎韌性的影響，用不同的方法計(jì)算了抗彎韌性指標(biāo)并進(jìn)行了比較。本文通過(guò)對(duì)不同實(shí)驗(yàn)以及已有的研究成果進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，通過(guò)對(duì)不同的試驗(yàn)方法的比較分析得出混雜纖維提高混凝土組合梁特性的結(jié)論。 - 70 - 山東科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 混雜纖維提高混凝土梁以及組合梁特性的成果分析 2 混雜纖維提高混凝土梁以及組合梁特性的成果分析 本章介紹了混雜纖維在提高混凝土特性方面的研究分析，混雜纖維由于混雜效應(yīng)提高了混凝土的抗彎拉效應(yīng)、承載力、剛度，并能減緩混凝土裂縫的產(chǎn)生，通過(guò)對(duì)已有的研究成果的分析，證明了混雜

62、纖維混凝土這些特性。最后我們將混雜纖維混凝土應(yīng)用于組合梁中，從而提高組合梁的特性。 2.1 混雜纖維提高混凝土的抗彎韌性的研究 鋼纖維具有很好的增韌作用，而混摻在鋼纖維混凝土中的PVA纖維可以與鋼纖維產(chǎn)生很好的協(xié)同作用，增韌效果更加明顯，混凝土的抗彎韌性得到較大提高，并且纖維不同的長(zhǎng)徑比以及摻配率對(duì)混凝土的抗彎韌性有不同的提高，這一結(jié)論從層布式鋼纖維與混摻PVA纖維混凝土梁的抗彎韌性試驗(yàn)研究中我們可以得到。 該試驗(yàn)是由北京工業(yè)大學(xué)的鄧宗才、曾洪超等人所做，通過(guò)層布式鋼纖維與聚乙烯醇PVA 混摻纖維混凝土梁三分點(diǎn)加載試驗(yàn)，研究了不同長(zhǎng)徑比、外形的鋼纖維與不同PVA 纖維摻量

63、對(duì)混凝土梁抗彎韌性的影響。 1.纖維材性以及混凝土的配合 PVA 纖維：羅洋科技有限公司提供，所用鋼纖維是由贛州某公司提供的浪形圓絲鋼纖維和 LSF 波紋形鋼纖維，纖維材性見(jiàn)表2.1 表2.1 纖維材性 Table2.1 The propertities of fabric material 纖維種類(lèi) 纖維直徑/mm 纖維長(zhǎng)度/mm 密度（kg/cm3） 抗拉強(qiáng)度/MPa 彈性模量/GPa PVA 纖維 0.028 15 1.1 ≥1400 ﹥30 浪型圓絲鋼纖維 0.6~0.9 30~50 7.8 700~1150 200 LSF波紋型鋼纖

64、維 0.9 50 7.8 ≥750 200 混凝土的配合比為：水172kg/m，水泥400kg/m，細(xì)骨料640kg/m，粗骨料1188kg/m，減水劑3kg/m，水泥為PO42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。 纖維摻量見(jiàn)表2.2，其中C代表素混凝土試件，S代表層布式浪形圓絲鋼纖維與PVA混摻纖維混凝土試件，PLS代表層布式LSF波紋形鋼纖維與PVA混摻纖維混凝土試件。 表2.2 纖維摻量 Table2.2 the amount of fabric 試件類(lèi)型 PVA纖維摻量/（kg/m） 鋼纖維 摻配率/% 質(zhì)量/（kg/m） 長(zhǎng)徑比 C 0 0 0 - S

65、1 0 1.5 23.4 50 S2 0 1.5 23.4 55.6 PS1 1.0 1.5 23.4 55.6 PS2 1.3 1.5 23.4 55.6 PLS 1.3 1.5 23.4 55.6 2.試件的制作 首先加入全部石子、砂和70%的水?dāng)嚢?5s，然后加全部水泥和PVA纖維攪拌30s，再加余下的水?dāng)嚢?min，最后卸料并人工拌和幾次。在 100mm100mm400mm鋼模中鋪 1~2cm 厚的混凝土，用抹子抹平后人工均勻撒布一層鋼纖維，然后加入混凝土，用振搗棒插入振搗至出漿（振搗過(guò)程中盡量不碰到鋼纖維），最后收漿、抹平。試件澆筑

66、24h后脫模編號(hào)，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)28d，試驗(yàn)前3h從養(yǎng)護(hù)室取出并晾干。 該抗彎試驗(yàn)是在清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)室的德國(guó)電液伺服試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，層布式鋼纖維混凝土梁抹面朝上，按照恒位移控制方法加載，計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)。 3.試驗(yàn)所采用的方法 各梁的荷載-撓度全曲線見(jiàn)圖2.1所示。由圖2.1可以看出，由于層布了鋼纖維并混摻了 PVA 纖維，混凝土梁的荷載-撓度曲線下降段變得平緩。另外，荷載-撓度曲線的下降段出現(xiàn)了上下振蕩的情況。這是因?yàn)樵诩虞d過(guò)程中，當(dāng)試件表面出現(xiàn)一條微細(xì)裂縫，荷載就會(huì)有所降低， 曲線向上爬升的次數(shù)近似反映了試件表面的裂縫條數(shù)，荷載下降的大小近似反映了裂縫的瞬間非穩(wěn)定擴(kuò)展程度。從曲線的上下振蕩情況可以近似了解試件上微裂縫的產(chǎn)生與擴(kuò)展程度， 進(jìn)而可以近似反映出鋼纖維和PVA纖維阻裂作用的大小。此階段越平穩(wěn)，荷載的波動(dòng)越小， 表明裂縫的形成與擴(kuò)展越穩(wěn)定，形成的微裂縫的寬度越小，纖維對(duì)混凝土裂縫的約束作用越強(qiáng)。 圖2.1 各混凝土梁的荷載撓度曲線 Fig2.1 The concrete elements of the loading curve