含超高性能纤维增强混凝土层的高强度组合梁的抗弯性能
关键词: 含超高性能纤维增强混凝土 标准强度混凝土 混凝土组合梁的抗弯性能 实验研究
摘 要：该研究旨在通过利用超高性能纤维增强混凝土（UHPFRC）的高抗压强度和变形能力来获得具有高抗弯能力的组合梁。为此，制作了由受压侧为UHPFRC层和受拉侧为标准强度混凝土（NSC）组成的组合钢筋混凝土（RC）梁，并对梁进行了四点弯曲试验。通过对抗拉钢筋的比例（从1.8％到5.0％）进行参数研究，可以确定梁获得足够延展性的最高比例。为确定合适的厚度，将UHPFRC层的两种不同厚度（梁高度的五分之一/梁高度的三分之一）施加到组合梁的受压侧。通过对比具有相同特性的纯NSC梁（参考梁）来评估组合梁的抗弯特征（延性，承载力，刚度）。与NSC梁相比，受压侧使用UHPFRC在延展性、抗弯能力和刚度方面获得了明显的优势。然而，组合材料应用的主要优势在于，它允许在梁中使用非常大量的抗拉钢筋。研究表明，在不使用抗压钢筋的情况下，可以将组合梁的抗拉钢筋配筋率提高到5％。因此，用经济量的UHPFRC生产了具有高挠曲度的延性组合梁。 UHPFRC层厚度为梁高度的三分之一适合于此类型的组合梁的整体抗弯性能。
1.引言
由于对高层建筑物和大跨度结构的需求不断增加，对高强度结构材料的需求仍在继续。在这种情况下，最杰出的结构材料之一是超高性能纤维增强混凝土（UHPFRC）。与标准强度混凝土（NSC）或高强度混凝土[1-3]相比，这种类型的混凝土在耐久性，延展性，抗压强度和抗拉强度方面具有卓越的性能。因此，与标准混凝土相比，UHPFRC具有提供更多经济，美观和长寿命结构的潜力。 UHPFRC最常见的结构用途之一是RC梁。通过在梁中使用UHPFRC来限制使用载荷下的挠曲和裂纹[4-9]。因此，混凝土的耐久性显着提高。在许多研究中[9-16]，据报道，UHPFRC中的纤维具有减少或消除梁中抗剪钢筋的潜力。 UHPFRC中纤维提供的抗拉强度提高了抗弯强度，特别是在低强度梁中[4-8]。 UHPFRC的另一个重要优点是其高抗压强度和变形能力。特别是，UHPFRC的塑性变形能力使该混凝土与高强度混凝土区别开来。高强度混凝土的抗压性能将导致非常弱的，剧烈的破坏。然而，由于纤维的约束作用，UHPFRC表现出韧性断裂行为[17,18]。 UHPFRC的这一特性即使在具有高抗拉强度的梁中也提供了很大的延展性[7,8,19]。然而，在拉伸应力下的UHPFRC具有宏观裂纹局部化的缺点。这种影响会导致抗拉钢筋的过早断裂和延展性的降低，特别是在UHPFRC梁中，其钢筋比率很低[4,5,7,19-22]。另外，在梁的拉伸区域中纤维的脱粘/拉出行为导致峰值载荷后强度的突然降低。这些问题在高配筋率的UHPFRC梁中有所减少。但是，在这种情况下，UHPFRC对梁承载力的贡献大大降低了[7,8]。因此，尽管在RC梁中使用纯UHPFRC在耐久性方面具有优势，但对于弯曲强度和延展性并不是有效的。在这方面，UHPFRC和NSC的组合使用有可能解决纯UHPFRC梁（非组合）的上述缺陷，并有可能为梁提供高抗弯能力。因此，通过在梁的受压侧利用一定厚度的UHPFRC层，可以在梁中使用很高比例的抗拉钢筋。另一方面，通过在梁的受拉侧使用NSC，可以防止由裂纹的局部化和纤维的剥离引起的脆性。因此，可以经济地使用UHPFRC的高成本，并且可以有效地使用UHPFRC的高压缩容量（强度和变形）。尽管已经进行了各种研究，包括梁中UHPFRC和NSC的组合使用，但几乎在所有梁中，由于保护或加强， UHPFRC层都被施加到梁的抗拉侧[2,23-31]。在这些研究中，一般认为UHPFRC和NSC适用于组合用途。但是，据报道，除了使用防护外，还应在UHPFRC层中添加额外的钢筋，以对梁的抗弯能力做出重大贡献[2,24,26,28-30]。在梁的受拉侧使用UHPFRC层的应用中已观察到上述延展性问题[24,26,27,29]。在受压侧具有UHPFRC层的复合应用非常有限[26,27,29]。在这些应用中，UHPFRC的高强度和变形能力无法有效利用，因为在梁中使用了低配筋率。
图 1测试梁的钢筋和横截面细节
rho;:配筋率;rho;b:平衡配筋率; fy:钢筋屈服强度; fu:钢筋极限强度, fc:混凝土抗压强度 （试验日）
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