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1、预应力钢纤维混凝土梁斜截面抗裂试验和计算方法论文上传：water4488论文作者：赵顺波 赵国藩 黄承逵您是本文第182位读者摘要： 根据25根预应力钢纤维混凝土无腹筋梁和20根预应力钢纤维混凝土箍筋梁斜截面受力试验研究，分析了箍筋、剪跨比、有效预压力、钢纤维体积率和长径比对预应力钢纤维混凝土梁斜截面抗裂度的影响规律. 通过理论推导，提出了预应力钢纤维混凝土梁的斜截面抗裂的计算公式. 关键词： 预应力 钢纤维混凝土梁 斜截面 抗裂度钢筋钢纤维混凝土梁施加预应力后，进一步增强了正截面的抗弯性能，使正常使用状态下正截面的裂缝和变形控制更易实现，但其斜截面的受力性能如何，国内尚无研究资料可查，国外也
2、仅做了少量的试验研究，有关斜截面抗裂的研究资料更少1. 为此，本文对预应力钢纤维混凝土梁的斜截面抗裂性能和计算方法进行了比较系统的研究. 1 试验概况试验梁分两批制作. 第一批在大连市预制构件一厂100m预应力张拉台制作，包括18根预应力钢纤维混凝土无腹筋梁和20根预应力钢纤维混凝土箍筋梁，梁长2.30m，截面尺寸bh=150mm300mm. 纵向预应力钢筋为2l18冷拉级钢筋，纵向非预应力受拉钢筋为214热轧级钢筋，架立筋和箍筋分别为28和26.5热轧级钢筋，箍筋间距s=120mm,160mm,200mm. 钢纤维为剪切型，矩形断面0.4mm0.5mm，长度lf=35mm、50mm和60mm
3、， 体积率f=0,0.5%、1.0%和1.5%.水泥采用525#普通硅酸盐水泥，中砂、碎石(最大粒径10mm)，水灰比0.40，水泥用量445kg/m，水泥砂石=11.442.57，NF-B型减水剂用量3.56kg/m. 混凝土在容积为1.0m的搅拌仓内分8批投料搅拌，人工投撒钢纤维，出仓后发现钢纤维体积率f=1.5%长度lf=35mm、钢纤维体积率f=1.0%长度lf=50mm和60mm的3批混凝土内钢纤维有不同程度的“结团”现象，人工散开后拌和均匀再入梁模内成型. 第二批在大连理工大学结构实验室由人工拌合钢纤维混凝土成型，包括7根预应力钢纤维混凝土无腹筋梁，梁长1.65m，截面尺寸bh=1
4、20mm240mm. 纵向预应力钢筋为2l16或2l20冷拉级钢筋，纵向非预应力钢筋为25或212热轧级钢筋. 采用长度lf=35mm的剪切型钢纤维，体积率f=1.0%. 混凝土配合比与第一批梁相同. 试验梁的截面尺寸和材料性能列入表1，其中钢纤维混凝土立方体强度ffcu和抗拉强度fft取与试验梁同批制作并养护的150mm立方体试块实测抗压和劈拉强度的平均值，钢筋的屈服强度fy,极限强度fsu取同批试样的相应平均值.试验梁除PFA10-4a,4b和PV16-A10-43根梁采用单点加载外，其余均采用两点对称集中加载. 测试内容包括剪压区混凝土应变、与斜裂缝相交处纵向受拉钢筋和箍筋应变、与箍筋相
5、交处及纵向受拉钢筋重心处斜裂缝宽度、跨中挠度、斜截面开裂荷载及破坏荷载. 试验梁斜截面开裂剪力实测值和斜截面破坏形态列入表1. 表1 预应力钢纤维混凝土梁截面尺寸、材料性能及斜截面抗裂剪力试验值 / 试验梁编号 bhh0/mmf/(%)lf/dfffcu/MPa/(%)Np0/kNVpfcr/kN破坏特征PB0-2a1503002651.960044.32.0615490剪 压PB0-2b1603062701.930044.31.89137100剪 压第PFA5-2a1503002651.960.57047.82.06137120剪 压PFA5-2b1503002651.960.57047.8
6、2.06137100剪 压一PFA10-1a1503102751.161.07046.82.00137140斜 压PFA10-1b1453052701.191.07046.82.10154160斜 压批PFA10-2a1463052701.931.07046.82.08154120斜 压PFA10-2b1483062702.301.07046.82.05137110剪 切无PFA10-3a1483082722.811.07046.82.0313770弯 剪PFA10-3b1483032652.891.07046.82.0913790弯 剪腹PFA10-4a1503002653.381.0704
7、6.82.0613790剪 压PFA10-4b1503052703.321.07046.82.0215490弯 压筋PFA15-11453052701.561.57043.42.10154160剪 压PFA15-21453052701.931.57043.42.10154120剪 压梁PFB10-11503052701.561.010037.42.02137140剪 压PFB10-21503052651.931.010037.42.02137120剪 切PFC10-2a1553002651.961.012041.02.00137100剪 切PFC10-2b1503002651.961.0120
8、41.02.06137100剪 切第PFA10-2-011202402151.861.07039.03.46055剪 切二PFA10-2-021172402151.861.07039.03.46060剪 切批PFA10-2-111202402151.861.07039.03.4612275剪 切无PFA10-2-121202402151.861.07039.03.4612280剪 切腹PFA10-2-21202402151.861.07039.03.3114585剪 切筋PFA10-2-311202402151.861.07039.03.31190100剪 切梁PFA10-2-32120240
9、2151.861.07039.03.3119090剪 切PBV16-0-2a1503052701.930044.32.0215490剪 切PBV16-0-2b1503002651.960044.32.0215490剪 切PV16-A5-2a1503002651.960.57047.82.06137110剪 切箍PV16-A5-2a1503002651.960.57047.82.06154110剪 切PV12-A10-2a1503052701.931.07047.12.02154100剪 弯PV12-A10-2b1503002651.960.57047.12.06154110剪 弯PV16-A1
10、0-2a1453052701.931.07047.12.10154105弯 剪筋PV16-A10-2b1503002651.961.07047.12.06154110剪 压PV20-A10-2a1503002651.961.07046.82.06154110剪 压PV20-A10-2b1503002651.961.07046.82.06154100剪 压PV16-A10-3a1453002652.601.07046.82.1315490弯 剪梁PV16-A10-3b1503052702.561.07046.82.0215490弯 剪PV16-A10-11553002651.471.07046.
11、82.00137140剪 压PV16-A10-41503002653.381.07046.82.0613780弯 剪PV16-A15-11503002651.581.57034.42.06154150剪 压PV16-A15-21503002651.961.57043.42.06154120剪 弯PV16-B10-11453052701.561.010037.42.10137130剪 压PV16-B10-21503102751.891.010037.41.98137110剪 弯PV16-C10-21503002651.9-1.012041.02.06154110剪 弯PV16-C10-31503
12、052702.561.012041.02.02154100弯注：试验梁跨度l0:第一批为1790mm，第二批为1400mm. 2 斜截面抗裂影响因素分析试验表明，当其他条件相同时，箍筋对预应力钢纤维混凝土梁斜截面抗裂度的影响很小. 因此在以下分析中，不再考虑无腹筋和箍筋梁因是否配置箍筋在斜截面抗裂性能方面的区别，统称为预应力钢纤维混凝土梁. 图1 截面平均剪应力与剪跨比的关系2.1 剪跨比 图1绘出了钢纤维长度lf=35mm、体积率f=1.0%的预应力钢纤维混凝土梁斜截面开裂时截面平均剪应力pfcr与剪跨比的关系，可见截面平均剪应力pfcr随着剪跨比的增大而减小. 分析其原因可概括为下述两个方面：随着剪跨比的增大，斜截面裂缝形态由腹剪斜裂缝向弯剪斜裂缝转化，前者主要因剪跨区梁腹中部剪应力过大致使主拉应力超过钢纤维混凝土的抗拉强度而产生，后者则是在剪跨区梁底部产生弯曲裂缝后，该区域钢纤维混凝土和纵向受拉钢筋产生应力重分布，或使弯曲裂缝尖端钢纤维混凝土在剪
