三点弯曲下钢纤维高强混凝土张开位移

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1、水利学报2010年10月SHUILIXUEBAO第41卷第10期文章编号：0559-9350（2010）10-1193-08三点弯曲下钢纤维高强混凝土张开位移122张廷毅，高丹盈，王宝庭（1.黄河水利科学研究院，河南郑州450003；2.郑州大学新型建材与结构研究中心，河南郑州450002）摘要：通过钢纤维高强混凝土切口梁三点弯曲试验，探讨了相对切口深度、粗骨料最大粒径、水灰比和钢纤维体积率等因素对钢纤维高强混凝土临界裂缝张开位移（裂缝嘴张开位移和裂缝尖端张开位移）的影响。结果表明，可采用诸因素对嘴尖比（裂缝嘴张开位移与裂缝尖端张开位移的比值）的影响来反映其对临界裂缝张开位移的影响；影响因素

2、不同，嘴尖比随之变化的趋势也不同。根据临界裂缝扩展长度与张开位移之间的几何关系，提出了临界裂缝扩展长度的计算方法；在分析试验结果的基础上，建立了钢纤维高强混凝土临界裂缝尖端张开位移的计算公式。关键词：高强混凝土；临界裂缝张开位移；嘴尖比；影响因素中图分类号：TU528.58文献标识码：A1研究背景钢纤维高强混凝土（steelfiberreinforcedhighstrengthconcrete，SFHSC）是在高强混凝土中加入钢纤维形成的新型复合材料，钢纤维掺入后，由于钢纤维在基体开裂后的桥联作用，使得其在破坏之［1］前有较大的缓慢裂缝扩展以及在裂缝扩展区存在一个纤维跨接区（假塑性区）。钢纤

3、维在很大程度上［2］加强了混凝土裂缝尖端裂缝扩展具有类似金属的塑性特征。在受荷以后，对裂缝前缘出现较大塑性区的材料而言，其变形发展较快而应力上升较慢，若采用应变或位移作为表征断裂的物理量可能更［3］合适，基于这种思路，1965年Wells引入裂缝张开位移作为断裂参数。裂缝张开位移是指在一个客观参考系下所度量的裂缝表面间的距离，它可以具体特指裂缝尖端［4］张开位移和裂缝嘴张开位移。试验研究表明，裂缝表面张开位移的大小与含裂缝体的受荷状况有关，含裂缝体在受荷以后裂缝尖端的应力应变场随着荷载的变化而发生改变，张开位移也就间接地反映了裂缝尖端应力应变场的强弱。文献［5-6］采用混凝土楔入劈拉试验分别

4、研究了初始裂缝长度（缝高比）和粗骨料最大粒径对临界裂缝尖张开位移的影响，结果表明，当初始缝高比大于等于0.4时，临界裂缝尖端张开位移值与缝高比无关，可以将临界裂缝尖端张开位移作为混凝土的材料常数；临界裂缝尖端张开位移值与粗骨料最大粒径无关。以往对混凝土裂缝张开位移的研究，将张开［7］位移作为混凝土材料的一种断裂参数，重点在于确定该参数，或是将张开位移作为进一步获得其他［8］断裂参数的中间量，而混凝土组成材料及初始裂缝尺寸对钢纤维高强混凝土张开位移研究较少。裂［9-10］缝扩展长度是裂缝发展过程的反映，以往的研究对该物理量的确定常采用光电技术进行，根据张开位移试验结果确定其值的方法研究不多。本

5、文采用三点弯曲断裂试验，研究相对切口深度、粗骨料最大粒径、水灰比和钢纤维体积率对钢纤维高强混凝土临界裂缝张开位移的影响，提出临界裂缝临界扩展长度的计算方法，建立单因素影响下钢纤维高强混凝土临界裂缝尖端张开位移的公式。收稿日期：2009-06-30基金项目：国家自然科学基金资助项目（50579068）作者简介：张廷毅（1978-），男，河南三门峡人，博士，主要从事新型建筑材料与结构性能及其加固技术研究。E-mail：ztyytz1357@yahoo.com.cn—1193—2试验概述2.1试件设计采用切口梁试件的三点弯曲试验测试钢纤维高强混凝土临界裂缝张开位移，试件几何形状见图1，尺寸为L×B

6、×W=515mm×100mm×100mm。试验用原材料有：42.5级普通硅酸盐水泥；最大粒径20mm、连续级配的石灰石碎石；细骨料为细度模数3.39的中粗河砂；长径比为34的铣削型钢纤维；高效减水剂，掺量为水泥用量的1.0％；日常饮用水。相对切口深度（a0/W）、粗骨料最大粒径（dmax）、水灰比（W/C）和钢纤维体积率(ρ)为影响因素。每个影响因素有3或4个取值，其取值情f况见表1。试件采用强制式搅拌机拌和混凝土台式振动器振动成型，24h后拆模，标准条件下养护28d。试验共浇注22组共110个试件，达到龄期后，根据试验需要切割适合长度的初始裂缝。表1试验参数及其取值a0/Wdmax/mmW

7、/Cρf/%0.200.270.50.3100.301.00.4200.371.50.52.0图1试件的几何尺寸2.2试验方法试验均在2000kN液压式压力试验机上进行。为了提高试验机的刚度，在试件四周布置了4个大刚度弹簧，以减少由于试验机刚度不够造成的误差。采用连续稳定的加载方式，接近破坏时适当降低加载速度。张开位移采用夹式引伸仪测量，夹式引伸仪布置如图2（一组刀口对称布置在试件底部切口两侧；一组刀口对称布