《钢纤维混凝土》课件

纤维混凝土结构研究生专业选修课1《纤维混凝土结构》研究生专业选修课第一章绪论

第二章纤维混凝土的组成材料及其

性能

第三章纤维混凝土增强机理

第四章钢纤维混凝土的配制与施工

第五章钢纤维混凝土基本性能

第六章钢纤维混凝土本构模型和强

度理论

第七章钢纤维混凝土结构设计2《纤维混凝土结构》研究生专业选修课第一章绪论1.1纤维混凝土的定义与分类1.2纤维混凝土的特性1.3纤维混凝土的工程应用1.4纤维混凝土的发展前景1.5

WHUT主持和参加的本领域研究项目与研究成果3《纤维混凝土结构》研究生专业选修课1.1纤维混凝土的定义与分类定义——纤维增强混凝土（FRC,FiberReinforcedConcrete)简称纤维混凝土，它是以水泥、砂浆或混凝土为基体，以金属纤维、无机非金属纤维、合成纤维或天然有机纤维为增强材料组成的复合材料。4《纤维混凝土结构》研究生专业选修课分类1.以其基体不同分纤维水泥（用于建筑制品，如石棉水泥瓦、板，玻璃纤维水泥墙板等）纤维砂浆（用于防裂、防渗结构，如聚丙烯纤维抹面砂浆、钢纤维防水砂浆等）纤维混凝土（用于各类结构构件）纤维轻质混凝土纤维膨胀混凝土纤维高强混凝土依基体混凝土的特征分5《纤维混凝土结构》研究生专业选修课分类2.以其纤维弹性模量不同分高弹模纤维混凝土低弹模纤维混凝土混杂（混合）纤维混凝土金属纤维（钢纤维、不锈钢纤维、钢棉等）无机非金属纤维（石棉、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维）高弹模合成纤维（芳纶纤维、高弹模聚乙烯纤维等）天然有机纤维（纤维素纤维、麻纤维、草纤维等）合成纤维（聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、尼龙纤维等）两种或两种以上纤维复合使用6《纤维混凝土结构》研究生专业选修课分类短纤维增强混凝土（纤维短切、乱向、均匀分布在基体中）连续纤维增强混凝土（纤维以单丝、网、布、束等形式分布于基体中）

3.以其纤维在基体中分布形式不同分7《纤维混凝土结构》研究生专业选修课分类渍浆纤维混凝土（SIFCON,SlurryInfiltratedFiberConcrete)活性粉末纤维混凝土（RPFC,ReactivePowderFiberConcrete)纤维增强无宏观缺陷水泥（FRMDFC,FiberReinforcedMacro-DefectFreeCement)4.高性能、高含量纤维混凝土将水泥浆或水泥砂浆渗浇到钢纤维堆体中的一种高强度、高韧性复合材料硅粉、石英粉或石英细砂和细短钢纤维碳化硅纤维或芳纶纤维无空洞和初始微裂缝等8《纤维混凝土结构》研究生专业选修课1.2纤维混凝土的特性混凝土材料的优点：原材料容易获得耗能和成本相对较低成型和施工相对简便结构坚固耐用、承载力高、稳定性良好

（钢筋增强和预应力技术的采用）结构的抗震性能和耐久性可满足要求（有效的抗震设计和防护措施）9《纤维混凝土结构》研究生专业选修课混凝土材料的弱点：抗拉强度低，易开裂韧性差(toughness)延性(ductility)和抗疲劳(fatigue)性能较低存在收缩(shrinkage)和徐变(creep)变形混凝土的改性研究混凝土开裂后继续维持一定抗力的变形能力，通常用与σ-ε或p-δ曲线下的面积有关的参数来衡量10《纤维混凝土结构》研究生专业选修课纤维混凝土土材料的特性性（1）：高弹模纤维维混凝土用用于钢筋混混凝土和预预应力混凝凝土结构构构件抗拉强度、、弯拉强度度、抗剪强强度、抗冲冲切强度、、局部受压压强度和抗抗扭强度显显著提高；；延缓裂缝出出现，降低低裂缝宽度度；提高构件裂裂后刚度，，提高构件件延性；11《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课纤维混凝土土材料的特性性（2）：降低早期收收缩裂缝、、温度裂缝缝和长期裂裂缝裂后变形性性能明显改改善（弯曲曲韧性、压压缩韧性、、极限应变变有所提高高）收缩变形和和徐变变形形降低抗压疲劳、、抗弯拉疲疲劳性能提提高12《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课纤维混凝土土材料的特性性（3）：抗冲击、抗抗爆炸性能能显著提高高耐磨性、耐耐空蚀性、、耐冲刷性性、抗冻融融性和抗渗渗性有不同同程度提高高耐腐蚀性和和耐老化性性与纤维品品种和基体体特性有关关如：耐碱性性环境的碳碳纤维、石石棉纤维、、耐碱玻璃璃纤维等如：水泥石石和细集料料料的保护护可使基体体内部纤维维（耐紫外外线性能差差的合成纤纤维、易锈锈蚀的钢纤纤维）不老老化13《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课纤维混凝土土材料的特性性（4）：某些特殊纤纤维配置的的混凝土，，其热学性性能、电学学性能、耐耐久性能有有所变化。。石棉水泥板板的绝热性性能、耐久久性能优良良碳纤维混凝凝土导电性性能优良，，具有一定定“压阻效效应”低熔点合成成纤维混凝凝土在火灾灾中可降低低混凝土的的爆裂14《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课石棉纤维水水泥制品发展历史和和应用概况况1879年问世，1900年，奥地利利人发明哈哈谢克法生生产石棉水水泥板——标志着石棉棉水泥走向向工业化生生产主要用于波波纹瓦、平板瓦、贴墙板、隔热板、绝缘板、下水管道、电缆管等需采取控制制石棉粉尘尘污染措施施15《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课玻璃纤维水水泥制品发展历史和和概况1957年由前苏联联彼尤科维维奇提出，，1964年出版关于于玻璃纤维维混凝土的的专著。应用的最大大障碍是：：普通玻璃璃纤维在硅硅酸盐水泥泥石的碱环环境中易腐腐蚀而性能能下降。耐耐碱玻璃纤纤维的开发发、降低水水泥基材中中的含碱量量推动了玻玻璃纤维水水泥制品的的应用。16《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课玻璃纤维水水泥制品主要应用领领域玻璃纤维水水泥波纹板、平板瓦、玻璃纤维维水泥墙板、空心墙板、保温复合合墙板、永久模板、玻璃纤维维水泥管、管衬、现浇空心心楼板的圆圆孔内模等；中国建材科科研院开发发的玻璃纤维壳壳体粮仓结构自重轻轻、成本低低，应用前前景良好。。17《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课钢纤维混凝凝土发展历史用途最广、、用量较大大1910年，由H.F.Porter提出1963年，J.P.Romualdi和J.B.Batson关于纤维混混凝土增强强理论研究究报告发表表（中国最早早提出—本版观点））18《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课钢纤维混凝凝土发展历史在我国的研研究和应用用开始于20世纪70年代，自1986年至今，已已召开九届届纤维水泥泥与纤维混混凝土学术术会议（武武汉、大连连、南京、、南昌、郑郑州、重庆庆等地）；；FRC-10会议已于2004年11月在上海同同济大学召召开19《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课1.3纤维混凝土土的工程应应用石棉纤维水水泥制品玻璃纤维水水泥制品钢纤维混凝凝土合成纤维混混凝土20《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课钢纤维混凝凝土相关规程和和行业标准准（1）：《钢纤维混凝凝土试验方方法》CECS13:89《钢纤维混凝凝土结构设设计与施工工规程》CECS38:92《纤维维混混凝凝土土结结构构技技术术规规程程》CECS38:92修订订稿稿，，2003.12通过过评评审审，，现现已已颁颁布布21《纤纤维维混混凝凝土土结结构构》》研研究究生生专专业业选选修修课课钢纤纤维维混混凝凝土土相关关规规程程和和行行业业标标准准（（2）：：《钢纤纤维维混混凝凝土土》JG/T3064-1999（中国国建建筑筑工工业业行行业业标标准准））《铣削削钢钢纤纤维维混混凝凝土土应应用用技技术术规规程程》DBJ08-59-97（上海海市市标标准准））22《纤纤维维混混凝凝土土结结构构》》研研究究生生专专业业选选修修课课钢纤纤维维混混凝凝土土主要要应应用用领领域域（（1）：：铺面面工工程程：公公路路路路面面、、桥桥面面、、机机场场道道面面、、码码头头铺铺面面和和工工业业建建筑筑地地面面等等。。———提高高面面板板结结构构的的抗抗裂裂性性、、弯弯拉拉强强度度、、弯曲曲韧韧性性、、耐耐冲冲击击、、耐耐疲疲劳劳性性能能23《纤纤维维混混凝凝土土结结构构》》研研究究生生专专业业选选修修课课钢纤纤维维混混凝凝土土主要要应应用用领领域域（（2）：：房屋屋和和桥桥梁梁结结构构、、水水工工结结构构、、特特种种结结构构———梁、、叠叠合合梁梁的的裂裂缝缝控控制制、、抗抗剪剪增增强强———复杂杂应应力力区区（（悬悬挑挑结结构构、、闸闸门门门门槽槽、、大坝坝孔孔口口））的的增增强强———抗震震框框架架节节点点、、牛牛腿腿、、剪剪力力墙墙的的连连梁梁的的抗抗剪剪增增强强———筒仓仓、、烟烟囱囱的的裂裂缝缝控控制制———桩基基承承台台的的抗抗剪剪、、抗抗冲冲切切增增强强24《纤纤维维混混凝凝土土结结构构》》研研究究生生专专业业选选修修课课钢纤纤维维混混凝凝土土主要要应应用用领领域域（（3）：：交通通隧隧道道、、输输水水隧隧洞洞等钢钢纤纤维维喷喷射射混混凝凝土土衬衬砌砌、、支支护护防水水防防渗渗结结构构———刚性性防防水水屋屋面面、、地地下下室室刚刚性性防防水水层层、、储储水水池池等等预制制构构件件———预制制桩桩桩桩尖尖、、桩桩顶顶，，大大管管桩桩、、铁铁路路轨轨枕枕、、道道路路井井盖盖25《纤纤维维混混凝凝土土结结构构》》研研究究生生专专业业选选修修课课钢纤纤维维混混凝凝土土主要要应应用用领领域域（（4）：：军事事工工程程———掩体体、、防防空空洞洞、、防防护护门门等等修补补加加固固工工程程———大坝坝坝坝面面修修补补，，路路面面局局部部修修补补或或罩罩面面，，梁、、板板、、柱柱、、墩墩的的加加固固26《纤纤维维混混凝凝土土结结构构》》研研究究生生专专业业选选修修课课钢纤纤维维混混凝凝土土应用用实实例例(1)：高层层建建筑筑福州州华华福福大大厦厦———地上上31层，，地地下下2层，，八八层层顶顶转换换层层大大梁梁全部部采采用用钢钢纤纤维维混混凝凝土土500m3，使用用剪剪切切扭扭曲曲型型钢钢纤纤维维近近40吨，，钢钢纤纤维维掺掺量量1%。建建成成后后，，效效果果良良好好，，抗剪剪能能力力约提提高高45%。27《纤纤维维混混凝凝土土结结构构》》研研究究生生专专业业选选修修课课福州州中中美美大大厦厦———地上上28层，，地地下下2层，，框框架架-剪力力墙墙中中筒筒结结构构，，内内框框架架梁梁高高仅仅270mm，梁宽宽2000mm，为特特型型宽宽扁扁梁梁。。为为保保证证柱柱周周边边板板带带的的抗冲冲切切能力，设设计中将将板带梁梁在柱上上交汇的的方块处处加厚为为400mm形成柱帽帽，柱帽处采用钢钢纤维混混凝土。。28《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课柱帽(加厚为400mm)框架柱特型宽扁扁梁270mmx2000mm中美大厦厦SFRC柱帽29《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课钢纤维混混凝土应用实例例(2)：铁路隧道道工程西康线椅椅于山隧隧道工程程——采用湿喷喷钢纤维维混凝土土a.钢纤维混混凝土抗抗压、抗抗拉、抗抗剪强度度大，具具有很强的支护功能;b.施工简便便（一台喷喷射机和和搅拌机机），机机动灵活活，可在高空空或狭小小工作区区间向任任意方向向施工薄薄壁结构;c.减少施工工粉尘;d.钢纤维混混凝土外外有的粗粗糙具有有降低噪音的功能。。30《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课钢纤维混混凝土应用实例例(3)：预制构件件上海等地地预应力力管桩和和预制方方桩的生生产——在桩头或或装尖部部分加入入钢纤维维，增强强桩的抗抗捶击性性能和贯贯穿能力力31《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课合成纤维维混凝土土发展历史史1965年由S.Goldfein提出用聚聚丙烯纤纤维作为为混凝土土的掺合合料，用用于美军军军工防防爆结构构1971年英国制制定有关关聚丙烯烯纤维混混凝土制制作管子子、管件件和薄板板的国家家标准我国于20世纪90年代初开开始研究究和应用用32《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课合成纤维维混凝土土主要应用用领域桥面、路路面和地地面耐磨磨性改善善外墙抹面面、防水水屋面、、水池、、渠道、、水工建建筑物等等抗渗性性、抗冻冻性改善善隧洞、护护坡的喷喷射混凝凝土支护护、衬砌砌高弹模纤纤维如芳芳纶纤维维、高弹弹模聚乙乙烯纤维维、高弹弹模尼龙龙纤维，，用于混混凝土的的增韧，，以提高高抗冲击击和抗疲疲劳性能能33《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课1.4纤维混凝凝土的发发展前景景钢纤维混混凝土结结构（SFRC)钢纤维高高性能混混凝土(SIFCON,SIMCON等)合成纤维维及混杂杂纤维混混凝土碳纤维混混凝土及及陶瓷纤纤维混凝凝土连续纤维维和纤维增强强聚合物物混凝土土34《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课纤维增强强聚合物物混凝土土(FRP,FiberReinforcedPolymer)玻璃纤维维碳纤维芳纶纤维维聚合物连续纤维维组成环氧树脂脂其它高强强度高粘粘结性树树脂35《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课纤维增强强聚合物物混凝土土(FRP,FiberReinforcedPolymer)纤维聚合合物布(Cloth)纤维聚合合物网(Mesh)纤维聚合合物板(Board)纤维聚合合物筋(Bar)分类36《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课应用独立建造造轻型结结构用于混凝凝土结构构和砌体体结构的的补强加加固作为筋材材和网材材代替钢钢筋，建建造混凝凝土结构构和预应应力混凝凝土结构构如:过街天桥桥如:碳纤维片片材（CFRC）如:碳纤维棒棒材37《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课1.5WHUT主持和参参加的研研究项目目与研究究成果（（1）碳纤维布布加固砌砌体结构构墙片、、独立柱柱的试验验研究（2003武汉市重重点攻关关项目、、2003武汉市青青年科技技晨光计计划项目目）钢纤维增增强钢筋筋混凝土土(SFRC)桩基承台台的试验验研究和和非线性性有限元元分析（CECS38:92编制和修修订项目目）38《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课1.5WHUT主持和参参加的研研究项目目与研究究成果（（2）在役历史史建筑砌砌体结构构的碳纤纤维片材材抗震加加固研究究（2004湖北省自自然科学学基金项项目）CFRP加固钢筋筋砼框架架结构的的试验研研究和非非线性有有限元动动力分析析（横向课课题）39《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课1.5WHUT主持和参参加的研研究项目目与研究究成果（（3）上下层布布式钢纤纤维砼路路面的应应用研究究（湖北省省交通厅厅建设项项目）纤维聚合合物快速速修复桥桥面板技技术应用用研究（交通部部攻关项项目）40《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课第二章纤纤维混混凝土的的组成材材料料及其性性能2.1纤维品种种及其性性能2.2基体分类类及其性性能41《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课2.1纤维品种种及其性性能纤维品种种（依弹弹性模量量大小分分）纤维基本本性能低弹模纤维维（纤维维弹模<基体弹模模）高弹模纤纤维（纤纤维弹模模>基体弹模模）42《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课表2.1低弹模纤维基本本性能纤维品种密度(g/cm3)直径(um)弹模(Gpa)抗拉强度(Mpa)极限延伸率(%)熔点(oC)聚丙烯纤维(PP)0.9115~804~9270~7007~9170聚酰胺纤维(PA)1.165~502~6400~90013~20224聚丙烯腈纤维(PAN)1.1812~6016~19400~9509~11240聚乙烯醇纤维(PVA)1.3010~1616~20700~8505.5~8聚酯纤维(PET)1.381414.5650~11007~14257纤维素纤维1.210300~50010~2020043《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课表2.2高弹模纤维基本本性能纤维品种密度(g/cm3)直径(um)弹模(Gpa)抗拉强度(Mpa)极限延伸率(%)钢纤维7.85100~1000200380~13003~30玻璃纤维2.78~1570~801500~35002~8蛇纹石石棉2.550.02~30164200~18002~3角闪石石棉3.370.1~2019635002~3碳纤维1.7~1.97~203802400~45001.2~2.5碳化硅纤维2.55200~2102500~30001.3硼纤维2.641035000.8~1.2芳纶纤维1.4~1.510~1569~1402800~32002.1~4.4高弹模聚乙烯纤维0.973080~1001500~35003~444《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课低弹模纤纤维的特特点：在基体硬化初期期，对基体体有明显显约束作用；开裂后，，在持久久高应力力作用下下，产生生较大的的变形，，从而使使复合体体变形显显著增加加，很难难起到微筋材的作用；；纤维泊松松比较大大，在受受到拉伸伸作用时时，横截截面急剧剧变小，，丧失与与基体的的粘结力。45《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课高弹模纤纤维的特特点：明显改善善基体的的强度和韧韧性，从而可可用于半半承重制制品，甚甚至用于于承重结结构复合体裂后变形形性能明显改善善，韧性性、极限限应变均均有所提提高46《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课2.2基体分类类及其性性能基体类别密度(g/cm3)弹模(Gpa)抗压强度(Mpa)抗拉强度(Mpa)极限延伸率(%)水泥浆20~2210~2520~303~6100~500水泥砂浆22~2325~355~301.5~350~150普通混凝土23~24.525~3520~501.5~350~150高强混凝土23~24.535~5050~1002.7~4.550~150超高强活性粉末混凝土2.5~2.650~60170~23010~2047《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课保证复合合材料质质量的重重要条件件：纤维在基基体中分分布均匀纤维与基基体很好好的粘结保证措施施：控制基体体的颗粒尺寸寸（过多过过大，阻阻碍纤维维分布均均匀；过过少过小小，导致致基体过过分收缩缩）增大纤维维与基体体接触的的比表面积积，改善纤纤维表面和形形状，改善拌拌合和制制作工艺48《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课第三章纤纤维混混凝土增增强机理理3.1概述3.2复合材料料力学理理论3.3纤维间距距理论3.4纤维混混凝土土的增增韧效效果及及评定定方法法3.5纤维临临界体体积率率和最最小体体积率率（自学学内容容）49《纤维维混凝凝土结结构》》研研究究生专专业选选修课课3.1概述纤维对对基体体的作作用阻裂作作用增强作作用增韧作作用50《纤维维混凝凝土结结构》》研研究究生专专业选选修课课阻裂作作用——指纤维维对新新拌混混凝土土早期期收缩缩裂缝和硬化化后收收缩裂裂缝的的产生生和扩扩展的的阻碍碍作用用。增强作作用——主要为为对抗拉强强度的提高高，以σpt为控制破破坏的的如弯弯拉强强度（（抗折折强度度）、、抗剪剪强度度也随随之提提高。增韧作作用——韧性指指材料料在各各种受受力状状态下下进入入塑性性阶段段保持持一定定抗力力的变形能力。纤维混凝凝土优良的的韧性性能能适于需要要有较大变变形适应能能力的结构构（如弹性性地基上的的板、围岩岩的支护等等）51《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课3.2复合材料力力学理论3.2.1单向增强理理论3.2.2考虑纤维不不连续的影影响3.2.3纤维的方向向有效系数数3.2.4纤维分散均均匀性的影影响3.2.5开裂阶段纤纤维粘结性性能的影响响复合材料力力学混合律法则则：复合材料的的强度和弹弹性模量等等性能符合合复合体内内各组分性性能的弹性叠加原原理52《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课3.2.1单向增强理理论基本假定基体为各向向同性匀质质材料纤维沿受力力方向均匀匀平行排列列纤维与基体体变形协调调一致，无无相对滑移移和错动53《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课复合材料受受力简图54《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课根据弹性叠叠加原理有有：式中，Ffc、Ff、Fm分别表示复复合体、纤纤维、基体体受的力。。55《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课根据材料力力学原理，，经推导可可得：式中，σ、E、ρ分别表示应应力、弹性模量和和体积率。。结论：当纤维掺量较较低情况下，复复合体的强强度和弹性性模量的提提高是有限限的。56《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课3.2.2考虑纤维不不连续的影影响不连续纤维维一维排列列纤维混凝凝土的受力力状态τσf假定纤维沿沿受力方向向平行均匀匀分布，考考虑某一个个截面上的的受力。ττ57《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课式中，lf、df——纤维长度、、直径τ——纤维与基体体间粘结应应力平均值值ηl——有效粘结长长度系数计算截面上上纤维粘结结长度平均均值（0.5lf+0)/2=lf/4式中，lf、df——纤维长度、、直径τ——纤维与基体体间粘结应应力平均值值ηl——有效粘结长长度系数58《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课因此可得：：59《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课3.2.3纤维的方向向有效系数数通常，纤维维在混凝土土中的排列列和分布是是随机的：：纤维一维定定向分布纤维二维定定向或乱向向分布纤维三维乱乱向分布如连续玻璃纤纤维增强墙墙板玻璃纤维布布增强水泥泥基复合板板、短纤维维拌合料制制作的薄板板大多数纤维维混凝土结结构构件60《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课纤维方向与与复合体受受力方向一一致增强效率最最佳纤维方向与与复合体受受力方向垂垂直增强效率最最小61《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课纤维方向有有效系数ηθ——所有纤维沿纤维方向向上的受力在在复合体受受力方向上上投影之和和与同体积纤维维按复合体受受力方向定向排列时时的受力之之和的比值值。fFηθ62《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课（1）第一种纤纤维分布模模型纤维一维定定向排列时时纤维二维随随机分布时时纤维三维随随机分布时时63《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课yxordθθyzxθdθ纤维二维、、三维分布布模型64《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课二维随机分分布时，假假定纤维在在圆平面上上的任一位位置取向概概率相同。。x轴为复合体体受力轴，，纤维与x轴夹角为θ，于是，在π/2象限内，纤纤维落在θ角的概率为：而这点的纤纤维增强效效率为：(2/π)dθcosθθ，此时π/2象限内的平均增强强效率，即即方向系数数为：65《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课三维随机分分布时，纤纤维落在与与x轴成θ角位置上的概概率为图中中球台侧面面面积与半半球面积之之比，即：对应的纤维维增强效率率为：sinθdθcosθθ，则：66《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课（2）第二种纤纤维分布模模型假定纤维分分布的概率率分别为θ、Φ位置上的概概率相等，，于是有：zyxθΦ纤维三维分分布模型II67《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课讨论：1.两种模型均均很难用试验验证；2.纤维方向受受试模边壁壁、骨料界界面、浇注注振捣、重重力效应等等因素影响响，分布随随机性大，，很难准确计算出ηθ；3.上述模型可可为考虑纤纤维的增强强效果提供供一个分析依据。68《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课3.2.4纤维分散均均匀性的影影响纤维分散均均匀性对增增强效果的的影响：（以受弯试试件为例））纤维多分布布在受拉区增强效果良良好纤维分布密密度均匀增强效果良良好69《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课小林一辅提提出用统计计理论表示示纤维分布布均匀程度度的方法（（分散度β）纤维分布测测定分块图图纤维分布均均匀时，纤维集中到到某一分块块上，其余余各块为零零时，70《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课影响纤维分分散度的因因素：纤维过于细细长带有不利于于分散的弯弯钩纤维体积率率过高（当当ρf>1.5%时，纤维分分散度开始始随ρf增加而降低低）骨料粒径偏偏大拌合物坍落落度太低拌合投料顺顺序和方法法不当71《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课纤维分散度度对纤维混混凝土强度度的影响以分散度影响响系数ηβ表示纤维分分散状态对对混凝土受受力性能的的影响，则则：72《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课3.2.5开裂阶段纤纤维粘结性性能的影响响纤维混凝土土开裂前的的应力：基体开裂后后：（纤维从基体体中拔出）（纤维被拉断断）式中：k——考虑基体开开裂后强度度下降系数数，73《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课纤维粘结力力与基体强强度和纤维维的形状及及界面特性性有关，故故：基体抗拉强强度与纤维粘结结效能有关关的系数，，与纤维品品种及形状状有关74《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课3.3纤维间距理理论1963年，由J.P.Romualdi和B.Batson提出建立在线弹性断裂裂力学基础上基本思想：：混凝土内部部有尺度不不同的微裂裂缝、孔隙隙和缺陷，，在施加外外力时，孔、缝部位位产生大的应应力集中，，引起裂缝缝的扩展，，最终导致致混凝土破破坏。钢纤维掺入入脆性基体体后，有效效提高复合合材料受力力前后阻止裂缝引引发和扩展展的能力，达达到纤维对对基体增强强、增韧的的目的。75《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课Romualdi的纤维约束束模型裂开趋势τS——纤维间距；a——裂缝半宽τ对裂缝尖端产产生反向应力力场，降低裂裂缝尖端应力力集中程度拉力纤维76《纤维混凝土土结构》研研究生专业业选修课纤维掺入使裂裂缝尖端产生生相反的应力力强度因子，，总应力强度度因子降为：：复合材料实际际应力强度因因子无纤维时应力力强度因子纤维掺入产生生的相反的应应力强度因子子沿纤维方向施加加的均匀拉应应力纤维对混凝土土裂后附加应应变的阻力在在纤维与基体体界面上产生生的最大剪应应力SFRC临界应力强度度因子77《纤维混凝土土结构》研研究生专业业选修课若设，则纤维混凝凝土抗拉强度度为为：材料发生断裂破坏与裂缝形状有有关的常数定向长纤维平平均间距Romualdi的观点：SFRC的强度只由纤维的平均间距控制78《纤维混凝土土结构》研研究生专业业选修课纤维平均间距距取决于纤维的排列分分布纤维的方向性性纤维平均间距距与体积率的的关系：一维排列：二维排列：三维排列：79《纤维混凝土土结构》研研究生专业业选修课基于纤维间距理论论的抗拉强度公公式Sc——钢纤维产生增增强效果的纤纤维间距上限限值K——由纤维粘结强强度决定的常常数；对钢丝切断的的直纤维，K=4.5对薄板剪切钢钢纤维，K=5.780《纤维混凝土土结构》研研究生专业业选修课结论：1.纤维间距低于于Sc，纤维的增强效效果才得以发发挥，即ρf太低，纤维对抗拉拉强度起不到到改善作用。。2.增强效果与成成正比比，与成成反比，与纤纤维和基体的的粘结强度成成正比。3.在一定程度上上低估了ρf的作用。81《纤维混凝土土结构》研研究生专业业选修课3.4纤维维混混凝凝土土的的增增韧韧效效果果及及评评定定方方法法3.4.1纤维维混混凝凝土土的的韧韧性性3.4.2弯曲曲韧韧性性的的评评定定方方法法82《纤纤维维混混凝凝土土结结构构》》研研究究生生专专业业选选修修课课3.4.1纤维维混混凝凝土土的的韧韧性性定义义：：基体体开开裂裂后后继继续续维维持持一一定定抗抗力力的的变变形形能能力力，，通通常常用用与与应应力力（（荷荷载载））—应变变（（变变形形））曲曲线线下下的的面面积积有有关关的的参参数数来来衡衡量量。。纤维维的的增韧韧效效果果83《纤纤维维混混凝凝土土结结构构》》研研究究生生专专业业选选修修课课SFRC受拉拉、、受受弯弯受拉拉区区基体体开开裂裂纤维维继继续续承承担担拉拉力力，，基基体体裂裂缝缝面面间间尚尚有有残残余余应应力力随裂裂缝缝开开展展，，基基体体缝缝间间残残余余应应力力减减小小，，而而纤维维具具有有较较大大的的变变形形能能力力可可继继续续承承担担拉拉力力纤维维被被拉拉断断或或从从基基体体中中拔拔出出纤维维的的增增韧韧效效果果84《纤纤维维混混凝凝土土结结构构》》研研究究生生专专业业选选修修课课有关关强强度度和和韧韧性性的的名名词词抗折折强强度度(modulusofrupture)抗弯弯强强度度弯拉拉强强度度(bendingstrength,flexuralstrength)弯曲曲强强度度抗弯弯韧韧性性受弯弯韧韧性性弯曲曲韧韧性性(bendingtoughness,flexuraltoughness)85《纤纤维维混混凝凝土土结结构构》》研研究究生生专专业业选选修修课课3.4.2弯曲曲韧韧性性的的评评定定方方法法三分分点点加载载小小梁梁(100××100××350或400mm)试验验评定定方方法法日本本土土木木学学会会标标准准JSCEG552美国国材材料料试试验验学学会会标标准准ASTMC1018欧洲洲规规范范EF-NARC美国国规规范范ASTMC152086《纤纤维维混混凝凝土土结结构构》》研研究究生生专专业业选选修修课课荷载载P/KN挠度度δ/mml/150T韧度度指指数数计计算算简简图图韧度度指指数数:试件件宽宽、、高高试件件跨跨度度JSCEG552标准准87《纤纤维维混混凝凝土土结结构构》》研研究究生生专专业业选选修修课课韧度度比比———韧度度指指数数与与初初裂裂弯弯拉拉强强度度fftm,cr的比值值88《纤纤维维混混凝凝土土结结构构》》研研究究生生专专业业选选修修课课ASTMC1018-97标准准以初初裂裂挠挠度度的的3倍、、5.5倍和和10.5倍前前P——δδ曲线线下下面面积积，，对对初初裂裂时时P——δδ曲线线下下面面积积的的比比值值为为韧性性系系数数I5、I10、I20。对理想想弹弹塑塑性性材料料，I5=5、I10=10、I20=20对理想想脆脆性性材料料，I5=1、I10=1、I20=1对SFRC，越接接近近理理想想弹弹塑塑性性材材料料的的值值，，则则增增韧韧效效果果越越好好89《纤纤维维混混凝凝土土结结构构》》研研究究生生专专业业选选修修课课A1A290《纤纤维维混混凝凝土土结结构构》》研研究究生生专专业业选选修修课课下周周自自学学内内容容：：第四四章章钢钢纤纤维维混混凝凝土土的的配配制制与与施施工工原材材料料（（钢钢纤纤维维、、混混凝凝土土原原材材料料、、钢钢筋筋））SFRC配合比比设计计SFRC施工（（搅拌拌、运运输、、浇筑筑和养养护））SFRC质量检检验91《纤维维混凝凝土结结构》》研研究究生专专业选选修课课第五章章钢钢纤维维混凝凝土基基本性性能5.1钢纤维维混凝凝土物物理力力学性性能5.1.1钢纤维维混凝凝土拉拉伸性性能5.1.2钢纤维维混凝凝土弯弯曲性性能5.1.3钢纤维维混凝凝土抗抗压性性能5.1.4钢纤维维混凝凝土抗抗剪性性能5.1.5钢纤维维混凝凝土抗抗折疲疲劳特特性5.1.6钢纤维维混凝凝土徐徐变和和收缩缩性能能92《纤维维混凝凝土结结构》》研研究究生专专业选选修课课第五章章钢钢纤维维混凝凝土基基本性性能5.2钢纤维维混凝凝土耐耐久性性5.2.1钢纤维维混凝凝土耐耐腐蚀蚀性能能5.2.2钢纤维维混凝凝土抗抗冻性93《纤维维混凝凝土结结构》》研研究究生专专业选选修课课5.1钢纤维维混凝凝土的的物理理力学学性性能5.1.1钢纤维维混凝凝土的的拉伸伸性能能SFRC拉伸变变形与与破坏坏特征征SFRC轴心受受拉应应力-应变理理论曲曲线SFRC抗拉强强度计计算模模式94《纤维维混凝凝土结结构》》研研究究生专专业选选修课课SFRC拉伸变变形与与破坏坏特征征混凝土土基体体受力力前后后裂缝缝变化化的四四个阶阶段：：收缩裂裂缝裂缝的的受力力引发发裂缝稳稳定扩扩展裂缝不不稳定定扩展展应强调调指出出，钢钢纤维维对混混凝土土的作作用决决非限限于裂裂后阶阶段，，在受受力和和初裂裂之前前，钢钢纤维维已通通过抑抑制混混凝土土基体体收缩缩，减减少与与缩小小了裂裂缝源源的数数量和和尺度度95《纤维维混凝凝土结结构》》研研究究生专专业选选修课课SFRC因钢纤纤维的的阻裂裂效应应，使使上述述四个个阶段段的特特征发发生明明显变变化，，差异异幅度度与以以下因因素有有关：：纤维特特性（（ρf、df、lf/df、品种、、外形形等））混凝土土基体体特性性（组组成材材料性性能、、基体体强度度等级级）纤维-基体相相对体体积含含量纤维-基体的的界面面粘结结性能能96《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课SFRC轴心受拉应应力-应变理论曲曲线ρf=2.0%ρf=1.5%ρf=1.0%ρf=0.5%ρf=0fft(Mpa)ε×10-697《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课SFRC轴心受拉应应力-应变理论曲曲线分析当ρf增大，初裂应变变、初裂强强度、极限限应变、极极限强度均均相应提高高，应力-应变曲线下下包面积增增大当ρf=0.5%∽2%，荷载达峰值值后，并非非突然下降降，而有一一个缓慢下下降的过程程，从而提提高了韧性性。98《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课SFRC轴心受拉应应力-应变理论曲曲线特征点SFRC抗拉峰点强强度、峰点应变，，经统计表表示为:SFRC软化段剩余应力值，经统计计表示为:SFRC抗拉峰点强强度基体混凝土土峰点强度度曲线软化段段反弯点对对应的应力力99《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课SFRC抗拉强度计计算模式按复合材料力力学理论，纤维维间距理论论的模式（纤维从基体体中拔出）（基体开裂后后）纤维方向有效系数纤维分散度度影响系数数纤维有效粘结系数100《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课与普通混凝凝土衔接的的计算模式式，即影响系数法SFRC抗拉强度设设计值同强度等级级混凝土基基体抗拉强强度设计值值钢纤维对混混凝土抗拉拉强度的影影响系数钢纤维含量量特征参数数101《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课钢纤维对混混凝土抗拉拉(弯拉)强度的影响响系数钢纤维品种纤维外形基体强度αtαtm钢丝切断型端钩形C20~C450.761.13C50~C801.031.25钢板剪切型平直形C20~C450.420.68C50~C800.460.75异形C20~C450.550.79C50~C800.630.93钢锭铣削型月牙形C20~C450.700.92C50~C800.841.10熔抽异型C20~C450.520.73C50~C800.620.91102《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课5.1.2钢纤维混凝凝土弯曲性性能纤维混凝土土抗弯性能能最能反映映出纤维的的增强、增韧效果弹性地基上上的板式结结构如路面面、机场道道面、码头头铺面、工工业地面等等，均以弯拉强度（抗折强度、、抗弯强度度、折断模模量）为设计依依据103《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课5.1.2钢纤维混凝凝土弯曲性性能钢纤维混凝凝土弯曲断断裂模型钢纤维混凝凝土典型的的荷载-挠度曲线钢纤维混凝凝土的弯曲曲韧性SFRC弯拉强度计计算模式104《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课钢纤维混凝凝土弯曲断断裂模型105《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课钢纤维混凝凝土与素混混凝土典型型的荷载-挠度曲线δ106《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课钢纤维混凝凝土的弯曲曲韧性σεσε(a)(b)材料的强度度高，但延延性低材料的强度度和延性都都高时，才才具有较高高的韧性材料的延性性高，但强强度低107《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课分析：韧性是材料料强度和延性的综合韧性为材料料或结构从从荷载作用用到失效为为止吸收能量的能力；钢钢纤维改变变了混凝土土的脆性特特征，使其其在受力与与破坏过程程中能做更多的功SFRC诸多优异性性能的产生生是钢纤维维对混凝土土强化与韧化的综合效果果108《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课SFRC弯拉强度计计算模式按复合力学理论，纤维维间距理论论的模式各种文献给给出的经验验系数k1和k2有一定差别别，一般有有：k1=0.916~0.970k2=2.41~4.92表示基体对对钢纤维混混凝土的贡贡献取决于纤维维有效系数数及其与基基体界面粘粘结状况或109《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课与普通混凝凝土衔接的的计算模式式，即影响系数法法SFRC设计弯拉强强度或弯拉拉强度标准准值同强度等级级混凝土设设计弯拉强强度或弯拉拉强度标准准值钢纤维对混混凝土弯拉拉强度的影影响系数钢纤维含量量特征参数数110《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课5.1.3钢纤维混凝凝土抗压性性能钢纤维对混混凝土抗压强度和和弹性模量量的影响远不不如抗拉、、抗折那样样明显钢纤维的掺掺入能否提提高抗压强强度及其提提高幅度的的大小主要要取决于混凝土基体体强度的高高低及其相相应的界面面强化程度度111《纤维混凝凝土结构》》研究究生专业选选修课5.1.3钢纤维混凝凝土抗压性性能基体混凝土土强度等级级对抗压强度的影响SFRC轴压应力-应变全曲线线SFRC的抗压强度度指标和强强度等级112《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课基体混凝凝土强度度等级对对抗压强度度的影响混凝土强强度等级不高高时（C20~C30),当ρf由0~2%，抗压强强度基本本无影响，基体混混凝土C20以下时，，抗压强强度甚至至随ρf增大而有有所降低；基体混凝凝土强度度等级较高高时（C50~C90），当ρf由0~2%，抗压强强度随ρf增大而提高；当ρf=2%，基体混凝凝土为C80时，抗压压强度提提高20%以上；当高强混混凝土基基体掺入入0~20%的硅灰取代水泥泥后，抗抗压强度度随ρf增大而提高的幅幅度更显显著，有时可可提高30%以上。基体强度低，，钢纤维维掺入后后增多了了界面薄薄弱层，，ρf越大，界面面薄弱层层越多混凝土基基体强度度提高，，钢纤维维和水泥泥基界面面区强化化在设计钢钢纤维高高强混凝凝土结构构时，在在充分发发挥其抗抗拉、抗抗折能力力的同时时，也可可考虑其其抗压能能力增强强的作用用113《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课基体混凝凝土强度度等级对对抗压强度度的影响基体混凝土强度等级钢纤维掺量SFRC抗压强度普通混凝土（C20~C30）随ρf增大（0~2%）基本无影响，甚至降低高强混凝土（C50~C90）随ρf增大（0~2%）提高超高强混凝土（掺入0~20%硅灰取代水泥）随ρf增大（0~2%）提高幅度更大114《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课SFRC轴压应力力-应变全曲曲线ε×10-3ffc(Mpa)bc(临界点)de115《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课SFRC轴压应力力-应变全曲曲线的四四个不不同阶阶段弹性阶段段(ob段)—峰值应力力50%以前裂缝稳定定发展阶阶段(bc段)—峰值应力力50%~80%裂缝失稳稳扩展阶阶段（c点后）—峰值应力力80%~90%后破坏阶段段（e点后）dcbe116《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课ρf对SFRC轴压应力力-应变全曲曲线的的影响响ε×10-6ρf=0ρf=1%ρf=2%ρf=3%ffc(Mpa)117《纤维混混凝土结结构》研研究究生专业业选修课课随ρf增加，SFRC轴心受压压σ-ε曲线的变变化特征征1.峰点应力力虽有差差异,但差异不不大2.峰点应变和临界点应应变明显提高高3.e点应变值值，尤其其是曲线线下包围围面面积积（即压缩韧性性)显著增大大118《纤维维混凝凝土结结构》》研研究究生专专业选选修课课钢纤维维混凝凝土的的抗压压强度度指标标和和强强度等等级SFRC的立方方体抗抗压强强度标标准值值和强强度等等级，，按《混凝土土结构构设计计规范范》（GB50010-2002）规定的的方法法确定定SFRC的轴心心抗压压强度度标准准值和和设计计值119《纤维维混凝凝土结结构》》研研究究生专专业选选修课课SFRC轴心抗抗压强强度标标准值值和设设计值强度种类CF20CF25CF30CF35CF40CF45ffck13.416.720.123.426.829.6ffc9.611.914.316.719.121.1强度种类CF50CF55CF60CF65CF70CF75CF80ffck32.435.538.541.544.547.450.2ffc23.125.327.529.731.833.835.9120《纤维维混凝凝土结结构》》研研究究生专专业选选修课课5.1.4钢纤维维混凝凝土抗抗剪性性能钢筋混混凝土土构件件中，，抗剪剪承载载力主主要靠靠箍筋筋和弯弯起筋筋承担担，横横向钢钢筋多多了，，工程程投资资多，，施工工不方方便，，尤其其对薄壁、抗震结结构和复杂形形状的的特种种结构构，采用用SFRC是提高高结构构抗剪剪能力力的有有效途途径121《纤维维混凝凝土结结构》》研研究究生专专业选选修课课5.1.4钢纤维维混凝凝土抗抗剪性性能钢纤维维混凝凝土承承剪荷荷载-变形曲曲线钢纤维维混凝凝土剪剪切破破坏特特征钢纤维维混凝凝土抗抗剪强强度计计算模模式122《纤维维混凝凝土结结构》》研研究究生专专业选选修课课钢纤维维混凝凝土承承剪荷荷载-变形曲曲线ρf=0%ρf=1%ρf=2%123《纤维维混凝凝土结结构》》研研究究生专专业选选修课课钢纤维维混凝凝土剪剪切破破坏特特征混凝土土受剪剪开裂后，纤纤维不不是顺顺力方方向拔拔出，，而是是与受受力方方向成成一角角度，，增大大了纤纤维拔拔出过过程中中的锚锚固作作用，，推迟迟了剪剪切破破坏过过程，，明显显提高高抗剪剪承载载力在剪切切荷载载作用用下，，裂缝缝首先先在剪剪切面面中部部出现现，随随剪切切荷载载增大大，裂裂缝向向上、、下延延伸，，直至至贯通通而破破坏124《纤维维混凝凝土结结构》》研研究究生专专业选选修课课钢纤维维混凝凝土抗抗剪强强度计计算模模式按复合力力学计算模模式（（混合律律法则则）在试验验基础础上，，经回回归分分析得得：钢纤维维混凝凝土抗抗剪强强度普通混混凝土土抗剪剪强度度仅适用用于普普通强强度等等级混混凝土土125《纤维维混凝凝土结结构》》研研究究生专专业选选修课课用影响系系数法法计算模模式钢纤维维对混混凝土土抗剪剪强度度影响响系数数，经经统计计分析析得126《纤维维混凝凝土结结构》》研研究究生专专业选选修课课5.1.5钢纤维维混凝凝土抗抗折疲疲劳特特性钢纤维维混凝凝土的的疲劳过过程，即在在反复复荷载载作用用下裂裂缝引引发、、扩展展、回回复，，再引引发、、扩展展、回回复的的循环环过程程。在在每一一循环环中，，将不不同程程度地地引起起裂缝缝宽度度和高高度的的变化化，最最终导导致结结构破破坏疲劳过过程中中的损伤程程度和和持续续时间间主要取取决于于组成成材料料的结结构、、界面面特性性，即即原生生裂缝缝的尺尺度、、数量量及在在重复复荷载载作用用下阻阻止裂裂缝引引伸与与发展展的能能力127《纤维维混凝凝土结结构》》研研究究生专专业选选修课课5.1.5钢纤纤维维混混凝凝土土抗抗折折疲疲劳劳特特性性钢纤纤维维混混凝凝土土抗抗折折疲疲劳劳特特性性试试验验钢纤纤维维混混凝凝土土抗抗折折疲疲劳劳方方程程钢纤纤维维混混凝凝土土与与普普通通混混凝凝土土分分层层复复合合结结构构的的疲疲劳劳方方程程128《纤纤维维混混凝凝土土结结构构》》研研究究生生专专业业选选修修课课钢纤纤维维混混凝凝土土抗抗折折疲疲劳劳特特性性试试验验试验验方方法法（（三三分分点点加加荷荷））100mm×100mm××400mm(或500)150mm×150mm××550mm(道路路用用)三分分点点加加荷荷加荷荷方式式ΔP129《纤纤维维混混凝凝土土结结构构》》研研究究生生专专业业选选修修课课抗折折疲疲劳劳试试验验主主要要参参数数荷载载循循环环特特征征值值：：应力力比比：：荷载载作作用用频频率率：：通通常常取取1~20Hz（为观观测测方方便便，，低低应应力力比比时时，，频频率率取取高高些些；；高高应应力力比比时时，，频频率率取取低低些