碳纤维、钢纤维混凝土低周抗压疲劳特性的试验研究论文

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1、碳纤维、钢纤维混凝土低周抗压疲劳特性的试验研究论文.freelm×100mm×300mm，各类试件个数均为6个，纤维混凝土力学性能列于表1，表中C代表素混凝土，CF1～CF3代表碳纤维混凝土，SE代表E型钢纤维混凝土，SK1～SK3代表K型钢纤维混凝土。1.2静载试验在作疲劳试验前先作了静载抗压试验，以确定试件破坏时的最大荷载。试件室内自然养护45d后作试验。由于试件数量较多，试验持续时间达9d，为了取得较精确的静载轴心抗压强度，用以下方法来测算疲劳试验时任意一天的轴心抗压强度，并以此来确定疲劳试

2、验中的应力水平。试验开始的当天，测一组试件的轴心抗压强度，试验过程中每隔3d测一组轴心抗压强度，代入下式4确定A、B常数。fc,t=Alogt+B(1)式中：fc,t为龄期t天时的轴心抗压强度。利用式(1)可求得任意给定一天的轴心抗压强度。1.3疲劳试验装置及试验过程整个试验在德国生产的电液伺服系统试验机上完成，疲劳加载按恒力控制，加载波为正弦波，频率为0.5Hz.为了避免加载过程中出现非接触情况，试件上保持了0.05Fmax的最小压力(Fmax为静载试验时的最大荷载).测试系统由试验机自带的位移

3、计、压力传感器、动态应变仪和x-y函数记录仪组成，同时用计算机自动采集系统记录和显示数据。记录仪记录了疲劳过程中的荷载-位移曲线。加载应力水平τ等于疲劳荷载与静载轴心抗压强度的比值，本试验τ分别取0.70、0.80、0.90和0.95.2试验结果及分析2.1疲劳试验结果2.1.1疲劳寿命素混凝土、碳纤维及钢纤维混凝土在4种不同应力水平下的疲劳寿命列于表2.表2纤维混凝土抗压疲劳寿命试件τCCF1CF2CF3SESK1SK2SK30.70平均值1911600178818742270239324212

4、625变异性δ0.150.080.090.070.100.090.080.080.80平均值79258333342562634734777变异性δ0.150.010.070.110.190.030.110.080.90平均值3188103117187192200179变异性δ0.220.130.120.150.120.110.110.140.95平均值13192427103115121124变异性δ0.210.200.210.200.240.100.180.24由表2可见，随着加载应力水平的提高，

5、纤维混凝土的疲劳寿命减少，纤维体积率增加时，疲劳寿命增大。钢纤维混凝土的疲劳寿命是碳纤维混凝土的1.6～6.5倍。试件SE与SK1中纤维体积率接近，两种钢纤维均能均匀地分布于混凝土中，施工性良好。但是，带钩的K型钢丝纤维的疲劳寿命高于E型剪切类钢纤维。在较低应力水平下，纤维混凝土的疲劳寿命高，但当τ≥0.80时，疲劳寿命明显降低。试验时清晰地观察到：当应力水平较低时(如图1(a)所示)，在循环初期，试件表面的可视裂纹少而短，循环次数增加，已有裂纹不再继续增长或增长十分缓慢，随着循环次数的进一步增加

6、，新生疲劳裂纹不断萌生和扩展，最后，已有裂纹与新生裂纹共同向前扩展，并相互贯通，形成一条通缝，导致试件破坏。从试件内部损伤机制看，在低应力水平下，疲劳裂纹端部的应力集度小于纤维的阻力，纤维阻止了裂纹的扩展，要使裂纹通过钢纤维或高强碳纤维，就需增加循环次数，促使疲劳裂纹的扩展与贯通。在较高应力水平，如τ≥0.80时，循环初期，试件表面可视裂纹多而粗，当循环次数增加时，已有裂纹不断扩展，新裂纹逐渐萌生和扩展，最后两种裂纹在疲劳荷载作用下，相互搭接和贯通，导致试件破坏(如图1(b)所示).从试件内部损伤

7、机制看，较高应力水平下，混凝土基体中裂纹端部的应力集度大于纤维的阻力，裂纹进一步扩展，累积损伤增大，疲劳寿命减少。碳纤维混凝土疲劳寿命与应力水平、纤维体积率的关系如图2所示，图中纵坐标为碳纤维混凝土疲劳寿命与素混凝土的比值。在不同的应力水平下，碳纤维对混凝土疲劳寿命的提高幅度不同。但是，随着碳纤维体积率的增大，碳纤维混凝土的疲劳寿命基本上按线性规律增加，即图1疲劳裂纹扩展过程示意Ncf/Nc=a+bνcf(2)式中：νcf为碳纤维体积率，单位为(‰)，下同；Ncf为碳纤维混凝土的疲劳寿命；Nc为素

8、混凝土的疲劳寿命。应力水平不同，则a、b系数不同。当τ=0.70时，a=7.62,b=0.78;τ=0.80时，a=2.40,b=0.80;τ=0.90时，a=1.98,b=0.73;τ=0.95时，a=1.21,b=0.33.这表明碳纤维混凝土的疲劳寿命与应力水平密切相关，当应力水平τ由0.70升为0.80时，碳纤维混凝土疲劳寿命与素混凝土疲劳寿命的比值明显减小。图2碳纤维混凝土相对疲劳寿命与纤维体积率的关系曲线2.1.2能量吸收试件在疲劳荷载作用下荷载-位移曲线下的面积为其所吸