纤维混凝土在梁柱节点的力学性能与应用

纤维混凝土在梁柱节点的力学性能与应用

刘科

刘科

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摘要：纤维混凝土凭供其良好的性能，因而在建筑工程中被广泛地应用与推广，本文主要就纤维混凝土在梁柱节点的应用进行探究，首先分析纤维混凝土的性能，再探究钢纤维在异形柱节点的应用，以供参考。

关键词：纤维混凝土；收缩性能；配合比

引言

纤维混凝土，又被称作纤维增强混凝土，是以水泥净浆、砂浆或者混凝土作作为基材，用适量的连续的长纤维非连续的短纤维作为增强的材料，均布地掺和在混凝土中，成为一种可喷射、可浇注的材料，从而形成一种增强型建筑材料。下文主要围绕纤维混凝土在梁柱节点的应用进行

1.纤维混凝土的作用

纤维混凝土的作用决定于纤维自身的性质及其混凝土基体里散布混合的状态。纤维加入水泥基体中主要有以下作用：

（1）阻裂：可以使水泥基体中原有缺陷的扩展得到有效的控制，同时可新裂缝出现的情况减少，它可以有效地减少甚至消除宏观裂缝的出现。

（2）防渗：因可以使水泥基体中的连通裂缝有效地减少，所以可以避免外界水分侵入。

（3）耐久：可以使水泥基抗疲劳与体抗冻等性能有效地增强，从而提高混凝土的耐久性。

（4）增韧和抗冲击：可以使水泥基体耐受变形的能力有效地提高，从而使韧性与抗冲击性有效地增强。

2.钢纤维在异形柱节点中的力学性能与应用

2.1试件设计及试验方法

在本试验设计中，一共进行了4个异形柱中节点试件的设计，其中以普通混凝土浇筑在试件J-+在中节点核心区，以钢纤维混凝土在J-+a在中节点核心区中浇筑，J-+b在中节点核心区浇筑钢纤维混凝土并向梁内延伸一倍的有效梁高275mm，J-+c在中节点核心区浇筑钢纤维混凝土并向梁内延伸两倍的有效梁高550mm。试件的尺寸及配筋情况如图1所示。节点的混凝土强度等级为c45。在制作试件时每批次混凝土和钢纤维增强的混凝土分别预留3个立方体试块和3个棱柱体试块，用测试节点试件的立方体轴心抗压强度、抗压强度以及弹性模量等。利用静力加载进行试验的加载，加载的装置如图2。

图2加载装置

和没有应用钢纤维进行增强作用的异形柱中节点J-+相比较，应用了钢纤维的异形柱中节点J-+a、J-+b和J-+c，它的核心区的裂缝数量在对比下更多而且更细，在节点核心区都出现了裂缝，这个裂缝呈现“x”形。因为钢纤维表示出增强效应，因此它的核心区腹板的裂缝较为缓慢地开展，同时裂缝的宽度都很小，这就表明了钢纤维可以有效地抑制中节点核心区的裂缝发展，试件进行破坏的时候，在试件J-+a、J-+b及J-+c上，因为钢纤维起到了黏结作用，导致其核心区腹板的混凝土结构裂但是不碎，同时并没有出现脱落的现象，最终破坏形态并没有试件J-+上呈现的形态的严重，证明了应用了钢纤维的混凝土能够起到明显增强中节点的破坏形态的作用。

2.2承载能力及变形能力

对于异形柱中节点，其位移、荷载以及延性系数可见下表3，对于异形柱中节点J-+a、J-+b及J-+c，由于它们利用了钢纤维增强，在开裂荷载方面同，它们要远远比并没有利用钢纤维增强的异形柱中节点J-+的大，由此可以证明加入钢纤维能够使试件的抗裂能力有效地增强。同时，在屈服荷载和极限荷载方面，试件J-+a、J-+b及J-+c的数值也要比试件J-+大得多，这就证明了钢纤维可以有效地避免裂缝的发展，使试件的承载能力增强。对试件J-+a、J-+b及J-+c进行对比研究，发现在极限荷载方面，试件J-+b的值最大，也就是将钢纤维混凝土浇筑在中节点核心区时，同时向梁内延伸一倍的有效梁高的试件的承载能力最好。对于异形柱中节点J-+a、J-+b及J-+c，由于利用了钢纤维增强的，它们的位移都要比J-+的相应位移大，可以说明加入钢纤维可以使试件的变形能力也明显提高。根据研究数据表明，一般情况下，结构位移延性系数的取值一般在3-5之间，以确保结构构件具有相对较高的曲率延性，便结构提高抗震性。本试验中，经计算得到的中节点的位移延性系数平均值都在这个范围内，说明试件的延性都达到要求。其中J-+b的延性系数的数值最大，节点的延性也最好，表明钢纤维对试件的延性能够产生直接的影响，这在很大程度上是由于钢纤维跨越斜裂缝，发挥出相当于钢筋的效果，承担了一部分混凝土的开裂释放应力，使裂缝的开展得到了有效的控制，增强混凝土与钢筋间的握裹力，使它们之间的黏性性能增强，同时增强裂缝之间骨料胶合的效果，减少甚至避免混凝土脆性破坏；改善混凝土的韧性，进而起到提高异形柱节点的变形能力。

表1中节点的承载力、位移及延伸性系数

总结语

将纤维混凝土应用于梁柱节点中可以起到增强其承载力、减少裂缝的作用。但是，纤维混凝土在我国的推广与应用还需要设计、生产、施工、科研单位通力合作，本着创新精神，尽快完善纤维混凝土的各项相关技术标准、规范规程，以期更好地指导纤维混凝土应用于工程当中。

参考文献：

［1]陈景，林华.钢纤维增强高性能混凝土力学性能研究［j］混凝土与水泥制品，2006（01）

［2]杨勇，任青文.钢纤维混凝土力学性能试验研究［j］河海大学学，2010（05）