纤维混凝土疲劳性能探究进展

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1、纤维混凝土疲劳性能探究进展　　摘要：本人仔细阅读分析了文献关于纤维混凝土疲劳性能的研究成果，列举出了其中比较经典和有代表性的结论，并在此基础上总结出这些结论中比较一致和被广泛认同的观点。钢纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、混杂纤维均可以不同程度的提高混凝土的疲劳强度和疲劳寿命；疲劳性能随着应力水平提高而下降；纤维混凝土在循环荷载作用下的疲劳破坏表现为良好的塑性性质；对纤维混凝土的研究大多采用S-N曲线，分别运用威布尔分布理论和对数正态分布理论对疲劳寿命进行拟合分析，回归出疲劳方程。关键词：纤维混凝土；疲劳；应力水平中图法分类号：TU375文

2、献标识码：A0.引言13混凝土材料因抗压强度高、耐久性好、成本低等特点在建筑工程中得到了广泛应用，但作为一种脆性材料，混凝土的抗拉强度远低于抗压强度，这在很大程度上限制了其应用范围[1]。近年来采用纤维掺入混凝土来解决这一问题取得了较好的效果。纤维混凝土是在混凝土中掺入一定量的钢纤维或合成纤维而形成的一种高性能复合材料，它克服了混凝土脆性破坏的特点，具有较好的抗拉，抗裂，抗剪和抗冲击的性能，并且具有良好的延性及优异的耗能能力，纤维的加入明显改善了普通混凝土的力学性能和变形能力。目前，人们虽然已经对纤维增强混凝土材料进行了大量的研究，但大多

3、数仅仅局限于静强度及耐久性等方面[2-4]，对材料疲劳性能方面的研究还不够完善。随着纤维增强混凝土材料的广泛推广和应用，已经应用于各种承受重复荷载作用的工程结构中，对抗疲劳也提出了较高的要求。因此纤维增强混凝土的疲劳性能、纤维对疲劳强度的作用机理以及影响程度如何，都是纤维增强混凝土应用于承受疲劳荷载的结构所面临的迫切需要解决的问题。1.纤维混凝土疲劳性能研究Ramakrishnan、Gollapudidi与Zellers[5]将聚丙稀纤维掺入混凝土中进行抗疲劳试验。试验采用的梁形试件尺寸为100mm×100mm×350mm，用三分点加载法

4、，支点距离为300mm。循环加载速率为20次/s，最小应力保持在试件抗折强度的10%左右，最大应力变动于抗折强度的40%～94%之间。通过200万次的往复循环加载，测试混凝土的最大应力值，与抗折强度对比发现，素混凝土的比值为0.5，掺入0.3%聚丙稀纤维的混凝土则提高到0.65，说明聚丙烯纤维可使混凝土的抗疲劳强度得到提高。13Ramarkrishnan通过对钢纤维混凝土的疲劳性能的大量试验，试验采用纤维长度与直径比值在75～100，纤维体积率为0.5%～0.75%的钢纤维弯曲试件进行中点加载，外围尺寸为100mm×150mm×350mm

5、，加载频率为20Hz。得到结论：端钩纤维能够承担很高的疲劳荷载，即使基体开裂后，端钩纤维仍然能够继续承担循环荷载。国内许多学者也做了大量纤维混凝土疲劳方面的研究，取得了较好进展。东南大学的高建明和孙[6]进行了全截面SFRC和SFRC与素混凝土分层复合结构的弯曲疲劳试验，得出两者疲劳性能相同的结论，并给出了考虑纤维率变化的疲劳方程。文献[7]中，孙伟等在素混凝土中加入硅灰和钢纤维，对比发现：同一应力水平下，混凝土疲劳寿命提高一个数量级，疲劳强度也有很大提高。邓宗才[8]研究了素混凝土和钢纤维混凝土在轴压疲劳荷载下的破坏机理，通过试验研究了

6、钢纤维品种、纤维掺量、加载应力水平对疲劳寿命及能量吸收的影响规律；探讨了疲劳累积损伤的特性。研究表明在较低的应力水平下，钢纤维混凝土的疲劳寿命、能量吸收值均比高应力水平时明显增大。王璋水和邓宗才[9]对素混凝土（PC），底部撒布一层钢纤维混凝土（LSFC），聚丙烯腈纤维混凝土（PANFC），全掺钢纤维混凝土（SFC），底部撒布一层钢纤维的聚丙烯腈纤维混凝土（LSFC+13PANFC）进行了弯曲疲劳试验。试验表明：全掺钢纤维混凝土的弯曲疲劳强度比素混凝土提高约51.6%，底部撒布一层钢纤维混凝土的弯曲疲劳强度比素混凝土提高约12.4%，底部

7、撒布一层钢纤维的聚丙烯腈纤维混凝土的弯曲疲劳强度比素混凝土提高约16.1%，比底部撒布一层钢纤维混凝土提高约3.3%。应力水平愈高，底部撒布一层钢纤维的聚丙烯腈纤维混凝土弯曲疲劳寿命愈长。李建辉等人[10]研究了改性聚丙烯粗合成纤维混凝土界面和弯曲疲劳性能，探讨了疲劳寿命与应力水平、纤维掺量的关系。试验结果表明：改性聚丙烯纤维在砂浆中的界面黏结强度为3.06MPa；纤维掺量为6～13kg/m3时，相比基准混凝土，纤维混凝土的抗拉强度提高11.6%～20.5%；极限拉应变提高40%～83%；疲劳寿命提高约l～4倍。表明改性聚丙烯纤维混凝土具

8、有良好的抗裂和抗疲劳性能。邹尤等[11]通过16根钢-聚丙烯混杂纤维混凝土小梁和15根素混凝土小梁试件的弯曲疲劳试验，定量的分析了混杂纤维混凝土的疲劳性能。在循环荷载的作用下，素混凝土和混杂纤