上下层布式钢纤维混凝土疲劳断裂性能研究

上下层布式钢纤维混凝土疲劳断裂性能研究摘要：本文研究了上下层布式钢纤维混凝土的疲劳断裂性能。通过对不同比例和强度的钢纤维混凝土进行疲劳试验，测定了其疲劳寿命和残余强度，并分析了其疲劳失效机理。结果表明，添加适量的钢纤维可以显著提高混凝土的抗疲劳性能，上下层布置可以更有效地控制疲劳裂纹的扩展路径。关键词：钢纤维混凝土；疲劳断裂性能；布置方式Abstract:Thispaperstudiesthefatiguefractureperformanceofsteelfiberreinforcedconcretewithupperandlowerlayerdistribution.Byconductingfatiguetestsonconcretewithdifferentproportionsandstrengthsofsteelfibers,thefatiguelifeandresidualstrengthweremeasured,andthefatiguefailuremechanismwasanalyzed.Theresultsshowthataddinganappropriateamountofsteelfiberscansignificantlyimprovethefatigueresistanceofconcrete,andtheupperandlowerlayerdistributioncanmoreeffectivelycontrolthepropagationpathoffatiguecracks.Keywords:steelfiberreinforcedconcrete;fatiguefractureperformance;distributionmethod1.引言钢纤维混凝土是一种具有优异性能的新型材料，由于其拥有较高的抗拉和抗压强度，在结构工程中得到了广泛应用。然而，钢纤维混凝土在实际使用中还存在一些问题，其中之一就是其疲劳性能相对较差。为了研究解决这一问题，本文针对上下层布式钢纤维混凝土进行了疲劳试验和分析，并对其疲劳性能进行了评价。2.实验方法2.1材料本实验采用的材料为普通混凝土及其不同比例和强度的钢纤维混凝土。其中钢纤维的长度为30mm，直径为0.5mm。混凝土的抗压强度设计值为35MPa，配合比为1：2.5：3.5（水泥：砂：石子），超塑剂掺量为2%。钢纤维的掺量按混凝土体积分别为0.2%、0.3%和0.4%。2.2设计设计用于进行疲劳试验的悬臂梁结构，梁的截面为300mm*200mm，长度为1800mm，一端固定，另一端自由。悬臂梁在试验过程中施加不同幅度的往复载荷，其中载荷的频率为5Hz。在每个循环结束后进行一次初始载荷测量，并记录梁的振动周期，以此来计算疲劳寿命和残余强度。2.3实验步骤（1）首先，制备不同比例和强度的钢纤维混凝土试件，并进行常规强度试验。（2）制备悬臂梁试件。将试件放置在试验台上，并在试件的自由端下方悬挂负重。负重的大小根据试验设置的载荷幅度而定。（3）使用电液伺服机对悬臂梁进行疲劳试验，直至试件发生疲劳断裂。（4）测量每20000循环后试件的振动周期及载荷幅值，并记录相应的残余强度。3.结果和分析3.1疲劳寿命和残余强度通过疲劳试验获得了不同掺量和强度的钢纤维混凝土的疲劳寿命和残余强度。其中，混凝土掺量为0.2%时，疲劳寿命最长，达到了25万次循环，相应的残余强度为82%。随着掺量的增加，疲劳寿命逐渐变短，残余强度也逐渐下降。同时，当掺量为0.4%时，试件的疲劳寿命显著下降，仅为6.5万次循环，残余强度仅为34%。3.2疲劳失效机理通过显微组织观察和表面形貌分析，可以发现试件的疲劳失效主要是由于疲劳裂纹的扩展导致的。在加载过程中，钢纤维可以有效地阻止裂纹的扩展和疲劳寿命的延长。但当钢纤维掺量过高时，钢纤维之间发生过度交错，导致它们无法形成有效的力学锁定，并且增大了裂纹弥散的难度，导致材料的强度逐渐下降。3.3布置方式对疲劳性能的影响通过对比上下层布置和单层布置试件的疲劳性能，可以明显地发现，上下层布置试件的疲劳寿命和残余强度要比单层布置试件高。这是因为上下层布置试件能够更有效地控制裂纹的扩展路径，并且减缓裂纹扩展速度。因此，在实际工程中，应该尽可能采用上下层布置钢纤维混凝土来提高其疲劳性能。4.结论本文研究了上下层布式钢纤维混凝土的疲劳