碳纤维、钢纤维混凝土低周抗压疲劳特性的试验研究

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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摘要：本文研究了素混凝土、碳纤维混凝土和钢纤维混凝土在轴压疲劳荷载下的破坏机理，试验研究了碳纤维、不同品种钢纤维、纤维掺量、加载应力水平对于疲劳寿命及能量吸收的影响规律，探讨了疲劳累积损伤特性。研究表明：在较低的应力水平下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。关键词：碳纤维钢纤维混凝土疲劳损伤　　近几年来，纤维混凝土已广泛应用于对抗疲劳、抗震和抗冲击等有较高要求的土木工程领域，这些工程在其服役期内通常承受随机或周期性反复荷载的作用，因此，研究纤维混凝

2、土在不同加载应力水平下的疲劳寿命、能量吸收和疲劳累积损伤特性是极其重要的，它是建立纤维混凝土疲劳累积损伤理论和正确估算结构剩余疲劳寿命等工作的基础。过去关于素混凝土及钢纤维混凝土疲劳特性的研究较多[1～4]，但关于碳纤维混凝土疲劳特性的研究未见报道。本文对碳纤维和钢纤维增强混凝土的疲劳特性作了对比试验，重点研究了碳纤维掺量、加载应力水平对疲劳寿命、能量吸收值及疲劳累积损伤变量的影响规律。研究表明：钢纤维和碳纤维混凝土均具有良好的抗疲劳特性，钢纤维混凝土的疲劳寿命是素混凝土的7.9～13.7倍，能量吸收是素混凝土7.

3、4～14.5倍，碳纤维混凝土的疲劳寿命是素混凝土2.1～9.3倍，能量吸收是素混凝土1.53～4.2倍；与高应力水平相比，纤维混凝土在较低应力水平下的疲劳寿命、能量吸收均有明显增大的趋势。1试验过程表1纤维混凝土力学性能试件编号纤维体积率(%)轴心抗压强度/MPa弹性模量/GPaC0.0020.814.96CF10.1021.012.43CF20.2021.912.97CF30.2522.513.42SE1.020.920.10SK11.221.122.40SK21.622.923.71SK32.023.424.0

4、11.1试件试验所用材料及混凝土配合比见3结论　　(1)在对纤维混凝土进行疲劳设计和疲劳强度分析时，应考虑应力水平对疲劳寿命及能量吸收的影响。纤维混凝土在较低应力水平下的疲劳寿命和能量吸收比高应力水平时有明显的增大趋势。当应力水平大于或等于破坏荷载的80%时，纤维混凝土的疲劳寿命和能量吸收明显降低；纤维在较低应力水平下表现出很强的阻滞作用，延缓了混凝土基体的损伤发展。(2)当钢纤维体积率为1.0%～2.0%，碳纤维体积率为1.0‰～2.5‰时，钢纤维混凝土的疲劳寿命是碳纤维混凝土的1.6～6.5倍，能量吸收是碳纤维

5、混凝土的3.9～4.8倍。(3)试件在疲劳过程中所吸收能量的相对值，较真实地反映了钢纤维和碳纤维混凝土的非线性疲劳累积损伤过程，用Miner线性累积损伤理论计算纤维混凝土的疲劳累积损伤偏于保守。参考文献：[1]ByongYB,Cheng-TzuTH.PropertiesofSteelFiberREinforcedConcreteunderCyclicLoading[J]。ACIMaterialsJ.,1998,95(2).[2]HsuTC.FatigueandMicrocrackingofConcrete[J]。R

6、ILEM,MaterialsandStructures,1984,17(97).[3]孙伟，高建明。路用钢纤维混凝土抗折疲劳特性研究[J]。东南大学学报，1993，21(2).[4]鞠杨，樊承谋。钢纤维混凝土轴压疲劳性能研究[A]。第五届全国纤维水泥与纤维混凝土学术会议论文集[C]。广州：广东科技出版社，1994.[5]邓宗才，钱在兹。低周循环加载历史对碳纤维混凝土断裂特性影响的试验研究[J]。中国公路学报，2000，13(2).[6]邓宗才。钢纤维、碳纤维混凝土低周疲劳断裂与损伤特性的试验研究[D]。杭州：浙江大

7、学，2000年。