钢纤维混凝土心脏受拉应力-应变全曲线试验研究

钢纤维混凝土心脏受拉应力-应变全曲线试验研究

在测定钢纤维混凝土轴的拉伸强度和压力变形曲线时，由于试验对象难以识别，因此容易产生偏差偏差的破坏。由于普通天平的刚性不足，很难在最大值电压后判断曲线的变化。试验的成功率很低。目前的钢纤维混凝土试验方法仍然采用了劈裂反拉试验方法，而钢纤维混凝土的硬度无法完全确定。然而，钢纤维混凝土的轴心耐力很难改变。由于钢纤维混凝土抗拉性能试验方法的不足之处，它规定的钢纤维混凝土的抗拉性能不能完全直接用于相关的结构设计，因此没有给出钢纤维混凝土轴的拉伸强度适应性的一般公式。本文件采用了一种新型的钢纤维混凝土横截面，使用了具有平行于受拉闭件的辅助刚性框架加载装置，并在普通虚拟机上获得了钢纤维混凝土横截面的适应性曲线。1试验总结1.1试验构件及原料本次试验选取简单易行的端部埋设钢筋的方法,精确加工钢试模,保证试件几何对中.设计的试件形状和尺寸如图1所示,每组试件4个.试件在端部加大,中间受拉区截面尺寸为100mm×100mm.为防止变截面应力集中,减小缺陷的影响,中间受拉区向端部缓慢过渡,连接段为圆弧形.试件用钢模在振动台上浇制成型,1d后拆模,标准养护28d后试验.钢纤维混凝土配合比见表1.试验原材料:42.5普通硅酸盐水泥;砂子细度模数为2.92;石子粒径为5～20mm;外加剂为复合型奈磺酸系列高效减水剂;钢纤维采用浙江嘉兴七星钢纤维厂生产的ZH06-32型和ZH09-25型,参数见表2.钢纤维体积率ρf为0.5%,1.0%,1.5%,2.0%,2.5%.1.2试验装置及加载轴心受拉应力-应变全曲线试验的关键在于下降段的测试,要求试验体系有足够大的刚度,根据本试验使用的试验机的吨位(1000kN)和净空条件,设计加载装置如图2所示.辅助刚性架增加设备的刚度,试件与传感器并联,试件与试验机之间用4个球铰连接,能很好地调节试件的受力状况.试件承受的拉力N等于试验机的荷载读数N1减去传感器的读数N2(转化为力),即N=N1-N2.试件的应变取两相对侧面的应变计读数的平均值.2试验结果的分析2.1体钢混凝土自适应识别试验共对12组(48个)轴心受拉试件进行了轴心受拉应力-应变全曲线试验.试验结果见表3,其中,ffcu为立方体抗压强度,fft为轴心抗拉强度,εft为峰值应变,σftd为剩余应力.将表3中钢纤维混凝土轴心抗拉强度fft与钢纤维含量特征值λf的关系绘制成图如图3所示.可见在本试验范围内,钢纤维混凝土的轴心抗拉强度与钢纤维含量特征值呈现良好的线性增长关系;两端大头型钢纤维(ZH06型)对基体混凝土轴心抗拉强度的增强作用高于球痕型钢纤维(ZH09型),说明两端大头增强了钢纤维与混凝土之间的粘结锚固性能.因本试验球痕型钢纤维(ZH09型)的纤维体积率变化范围较小,暂不考虑钢纤维类型的影响,通过试验数据回归分析,得到钢纤维混凝土的轴心抗拉强度计算公式为fft=ft(1+0.46λf)(1)式中:fft为钢纤维混凝土轴心抗拉强度(N/mm2);ft为基体混凝土轴心抗拉强度(N/mm2);λf为纤维含量特性值;相关系数为0.961.2.2拉伸应力-应变全曲线方程的描述纤维掺量对混凝土轴心受拉应力-应变全曲线的形状有影响.素混凝土试件开裂后,应力即降为0,表现出脆性特征,曲线的下降段难以得到.钢纤维的体积率为0.5%时,应力到达最大值以后,突然裂开,应力-应变全曲线的下降段较陡,而后纤维逐渐被拔出.随着钢纤维体积率的继续增加,应力-应变全曲线的下降段逐渐平缓,试件开裂后仍能承受较大的拉力.钢纤维混凝土拉伸应力-应变全曲线方程的描述有多种形式,在此采用在峰值点连续的2个方程分别描述曲线的上升段和下降段,全曲线方程用应力与应变相对值表示,取坐标为x=ε/εft,y=σ/fft,fft,εft分别为峰点强度及其对应的峰点应变.1.钢纤维混凝土原始模量上升段曲线开始时接近直线,随荷载增大逐渐显示非线性,且满足下列边界条件:①x=0时y=0‚dydx=EftEpy=0‚dydx=EftEp式中:Eft,Ep分别为钢纤维混凝土原点的切线弹性模量和峰值点的割线模量.②x=1时y=1‚dydx=0③0≤x＜1时y=1‚dydx=0③0≤x＜1时dydx＞0,d2ydx2＜0dydx＞0,d2ydx2＜0考虑到与普通混凝土单轴受拉应力-应变全曲线上升段(y=1.2x-0.2x6)的协调问题,采用6次多项式y=ax+bx6.由条件①,②得:a=1.2,b=-0.2,且满足条件③.所以上升段的表达式为x≤1.0,y=1.2x-0.2x6(2)2.下降段y1.31.7下降段方程满足边界条件:④x=12时y=1‚dydx=0⑤x=εftdεft时y=1‚dydx=0⑤x=εftdεft时y=fftdffty=fftdfft式中:εftd,fftd分别为钢纤维混凝土的剩余应变和剩余应力.⑥x→∞时y→0‚dydx→0y→0‚dydx→0同时考虑到与普通混凝土单轴受拉应力-应变全曲线下降段y=xαt(x−1)1.7+x‚(x≥1.0)y=xαt(x-1)1.7+x‚(x≥1.0)协调问题,取钢纤维混凝土下降段曲线表达式为x≥1.0‚y=xαft(x−1)1.7+xx≥1.0‚y=xαft(x-1)1.7+x(3)αft=0.312fft21+Aλfαft=0.312fft21+Aλf式中:αt=0.312f*2t;f*t为混凝土的轴心抗拉强度(N/mm2);A为待定参数,由试验数据计算得到A=1.83.建议的钢纤维混凝土轴心受拉应力-应变全曲线数学计算结果与试验结果符合较好,如图4所示.图中粗实线表示由全曲线数学模型绘出的理论曲线,细线表示试验得到的钢纤维混凝土轴心受拉应力-应变全曲线.3应力-应变全曲线的优点1.试验设计了辅助刚性架加载装置和一种新的轴心受拉试件形状,试验装置中采用4个球铰连接试件和试验机,有效地减小了试件的应力集中和偏心破坏的发生.2.随着钢纤维含量特征值的增大,钢纤维混凝土的轴心抗拉强度呈线性增大规律,应力-应变全曲线的下降段逐渐平缓,试件开裂后仍能承受较大的拉力.两端大头