图8 节点尺寸和配筋
图9 试 验装置和仪表布置
试验还表明, 节点中的钢纤维配筋可以与 箍筋一样承担剪力。钢纤维含量为1. 5% 时, 其 所承担的剪力值与配箍率为0. 8% 的 SI 级箍筋 的作用大体相当。
配箍筋的钢纤维混凝土节点的抗剪极限强 度, 可以认为是由混凝土基体承担的剪力 V jc、 箍筋承担的剪力 V js 与钢纤维配筋承担的剪力 V jf三项叠加而成的, 即:
( 2) 抗拉强度 采用边长为150mm 的混 凝土立方体试块进行劈裂试验。试验结果见图 2a。可以看出, 掺入钢纤维后, 劈拉强度约提高 40% 。不同等级的混凝土呈现类似的规律。
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图1 混凝土抗压强度与钢纤维含量的关系
( 3) 抗弯强度 本试验按混凝土等级分 C20和 C40两个系列, 试件尺寸( mm ) 为100× 100× 400小梁, 计16根。钢纤维含 量为0. 5% 、 1% 、1. 5% 三种。
第一组配合比: 水泥 砂 碎石 水 钢纤维 1 1. 67 2. 4 0. 47 0. 27
水灰比为0. 47, 砂率为0. 41。28天强度达到 54. 23M Pa
第二组配合比: 水泥 砂 碎石 水 钢纤维 1 1. 83 2. 24 0. 47 0. 27
水灰比为0. 47, 砂率为0. 45。28天强度达到 55. 48M Pa
图6 桩帽、桩尖结构图
试验 桩号
工地名称
1# 福建省保险公司综合楼 2# 3# 4# 福州五里亭立交桥 5#
6# 7# 涵江“武夷大厦” 8# 9#
10# 福州“武夷中心” 11#
钢纤 维混凝土预制桩试验情况
表1
楼层
工 程 桩
工程地质
试 验 桩
地上 26
地下 2

桩长 ( m) 19 23
桩截面 ( mm)
试验桩共制作11根, 采用两种类型进行现 场试验验证, 如图6c。A 型试验桩取消桩帽和桩 尖网片, 保留钢靴, 在桩帽区500mm 及桩尖区 800m m 处用钢纤维( 体积) 含量为1. 5% 的钢纤 维混凝土局部加强。B 型试验桩取消桩帽的钢 配件( 或网片1) 、网片2以及桩尖的钢靴及网片, 在桩帽区550mm 处及桩尖区800mm 处用钢纤 维( 体积) 含量为1. 5% 的钢纤维混凝土局部加 强。
图2 钢纤维含量对混凝土抗拉强度和抗弯强度的影响
从图2b 不难看出, 钢纤维混凝土的抗弯强 度比普通混凝土 高。当钢纤维直径、长度相同 时, 随着纤维含量的增加, 其抗弯强度也相应提 高。无钢纤 维时, C40混凝 土平均 抗弯强 度为 5. 8MP a; 当钢纤维含量为1. 5% 时, 平均抗弯强 度为8. 25MP a, 提高42% 。从曲线发展趋势看, 随着钢纤维含量的增加, 抗弯强度仍会继续提 高。
( 1) 抗压强度 采用边长为150mm 混凝 土立方体试块, 做了钢纤维含量对抗压强度的 影响的试验。
测试结果见图1。从图1可以看出, 加入钢纤 维后, 其抗压强度随钢纤维含量的增加略有提 高, 但增量不大, 一般提高幅度在10% 以下。因 此, 采用增加钢纤维含量的办法来提高抗压强 度是不可取的。但从试块破坏形式来看, 其改变 了混凝土脆性破坏特征, 使脆性断裂转变为延 性断裂, 断裂前出现较大的变形, 裂纹扩展传播 速度较慢。
板柱节点的这类破坏, 除 了增设桩帽、加 大板 厚、配置各种形式的抗冲切钢筋外, 在节点处加 入一定数量的钢纤维以提高强度、增大延性则 是一种更为方便, 且切实有效的方法。为此, 我 们进行了钢纤维混凝土板的冲切破坏试验。
所试验的四块板破坏时, 其板面混凝土完 整性均较好, 仅在裂缝处( 多为纵筋网络处) 被 分割, 裂缝宽度可达5～20mm, 没有出现 混凝 土保护层剥落现象。
在框架节点中用钢纤 维配筋代替部 分箍 筋, 不但能提高框架节点的抗震性能, 而且还能 解决上述节点设计和施工中的问题, 是一个值 得推广应用的新工艺。
1994年, 福州市建委与福州大学土建系合 作, 做了三个框架节点试验, 试件尺寸及配筋见 图8, 试验装置和仪表布置见图9。
试验结果表明, 钢纤维混凝土节点在低周 反复荷载作用下, 先后经初裂、通裂、屈服、强度 极限和破损等五个特征状态。其突出特点是随 着荷载增大和反复循环, 钢纤维混凝土节点达 到强度极限状态时, 节点核心区被多条大致平 行于对角线方向的裂缝所分割。其中贯通的主 裂缝宽度达0. 6～2m m, 但核心区混凝土 并无 剥落现象。钢纤维混凝土节点达到破损状态时, 核心区混凝土仍无明显的剥落现象, 充分体现 了钢纤维混凝土“坏而不散”的特点。
450×450
混凝土 强度
C45
剖面图 持力层 图7a 卵石层( 1)
试验方案 A 型桩
三层蝶式 立交桥
30 ～ 400×400 C38 32
图7b
中粗砂层
A 型桩 B 型桩
进入持力层 ( m)
32. 6
6. 0 3. 7 2. 4
B 型桩
20
1 19. 5 400×400 C45
图7c
硬塑残积 砂质粘土
( 3) 根据钢纤维混凝土节点抗剪设计强度 公式( CECS 38-92) 推算, 钢纤维长径比为63, 钢纤维含量为1. 0% 时, 其作用相当于体积配筋 率为1. 0% 的箍筋。 3. 3 钢纤维混凝土板
钢筋混凝土板的冲切是工程实践中经常遇 到的问题, 例如无梁楼盖的板柱连接体、柱下基 础、桩基承台及集中荷载作用下的桥面、码头面 板等。由于无梁楼盖等结构中的板柱节点剪应 力和弯曲应力高度集中, 常发生突然的局部冲 切破坏, 导致相邻的板柱连接可能因超载也发 生脆性冲切破坏, 从而造成灾难性后果。为避免
能做了深入的探讨。并在四个工程的工地进行 了现场试验, 试验情况见表1。
根据试验桩工地工程设计图纸, 原预制桩 设计桩帽构造有两种型式。Ⅰ型如图6a, 桩帽采 用网罩状网片1和平面正 交焊接钢筋网片2加 强; 桩尖由钢板焊成钢靴另加一片焊接钢筋网 片加强。Ⅱ型如图6b, 桩帽由钢板焊接而成, 桩 帽网片及桩尖加强部分与Ⅰ型相同。
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3. 2 钢纤维混凝土框架节点 国内外历次大地震表明, 不少钢筋混凝土
框架节点在地震作用下均有不同程度的破坏。 为提高钢筋混凝土节点的抗震性能, 传统的办 法就是在节点配置多而密的箍筋。但节点处箍 筋的绑扎施工很困难, 节点中过于拥挤的钢筋 也会影响混凝土的浇筑质量; 此外, 梁的主筋在 节点中的粘结锚固, 也常因节点尺寸限制难以 满足。这些都是节点设计和施工中急待解决的 问题。
( 1) 人工搅拌: 其加料顺序为先投入水泥、 砂在铁板上搅拌均匀, 再加入石子继续搅拌, 并 将钢纤维均匀撒入, 再加水进行搅拌。
( 2) 机械搅拌( 自落式搅拌机) : 其加料顺 序为先加石子和钢纤维搅拌1分钟, 用粗骨料将 纤维分散, 再加入砂、水泥、水, 搅拌时间同普通 混凝土。
2 基本力学 性能
V ju = V jc+ V js+ V jf 通过试验得到的主要结论如下:
( 1) 钢纤维配筋能够可靠地承担节点剪力 和约束节点区混凝土, 有效地限制节点区的开 裂和提高节点的 刚度以及耗散地震能量的能 力。
( 2) 用钢纤维配筋代替部分箍筋, 可以缓 解节点区绑扎箍筋的困难, 解决节点区钢筋拥 挤, 混凝土浇筑质量不易保证等困难。
试验结果说明, 利用现场制作普通钢筋混 凝土的配合比, 加入钢纤维后, 为了增加和易 性, 适当提高砂率和减小粗骨料粒径, 不会降低 混凝土强度。 1. 2 试件制作工艺
钢纤维混凝土搅拌时, 主要问题是钢纤维 能否均匀分散, 搅拌时要防止钢纤维聚集成团。
结团现象与纤维的长径比有关。实践证明, 当长 径比 在 60 以 下时 就 容 易搅 拌 均 匀且 不 易 结 团。 长径比不应大于100。纤维含量不宜过多, 过多 时搅拌困难且不经济。一般为1% ～2% 为宜, 最 大用量不宜超过2% 。
B 型桩 A 型桩
3. 0 ～
A 型桩
4. 0
20
2 33. 5 450×450 C40
图7d
残积砂质 粘性土
B 型桩 A 型桩
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图7 地质剖面示意图
试验结果表明: ( 1) 1# 、2# 桩打桩完成后, 桩顶表面平整, 棱角分明, 四周无缺损。以2# 试验桩与邻桩相 比, 进入卵石层锤击数与总锤击数比值, 前者为 0. 58, 而后者为0. 61。说明试验桩的抗冲击性能 及穿透力均优于普通钢筋混凝土预制桩。 ( 2) 3# 、4# 和5# 桩均被顺利打入。经实地 观测, 试验桩外观基本完整, 有少量缺损。以3# 桩为例, 与邻桩相比, 前者进入持力层的锤击数 为357次, 后者进入相同深度, 锤击数为298次。 说明采用钢纤维混凝土局部加强预制桩是可行 的。 ( 3) 6# 、7# 、8# 和 9# 桩, 除9# 桩因 遇到孤 石无法打入外, 其他三根桩均顺利打入。经实地 观察, 7# 桩桩顶表面平整, 棱角分明, 四周无缺 损; 6# 、8# 桩桩顶一个棱角略有缺损, 但与邻近 的其他桩相比, 缺损现象明显轻微。 ( 4) 10# 和11# 桩均顺利打入, 桩顶表面平 整, 棱角分明, 无缺损现象。11# 桩与邻桩比较, 送 桩 长 度 增 加 了 2. 9m, 而 总 锤 击 数 仅 多 1 次。 同时, 由福 建省建筑科学研究院对 10# 桩 进行的 PDA 动力试桩和机械阻抗法试验结果 亦表明, 桩的质量符合标准要求。
第2期
建 筑 科 学 BU ILDING SCIENCE
1 997年
钢纤维混凝土的基本性能及工程应用
张俊晃 ( 福州市建委)
1 试件制作
1. 1 混凝土的配合比 由于在普通混凝土拌合物内掺入纤维后,
会降低拌合物的和易性, 所以在钢纤维混凝土 中, 一般采取减小粗骨料的最大粒径, 或减少粗 骨料的用量, 提高砂率, 以及增加混凝土中砂浆 量等方法来调节 钢纤维混凝土拌合物的和易 性。根据试验现场提供的制作普通钢筋混凝土 配合比资料, 在水灰比不变的情况下, 减小粗骨 料粒径, 增加砂率, 加入钢纤维后在实验室做了 两组钢纤维混凝土配合比试验, 设计强度等级 C40。