2.2在后浇整体式预制混凝土结构中的应用.ppt

钢纤维混凝土框架节点抗震性能综述 结构工程 尹飞 0 引言 节点是框架结构的传力枢纽，也是框架的薄弱环节。国内外几次大地震表明，钢筋混凝土框架的破坏多集中于节点及其附近区域，且节点破坏后很难加固修复。为提高钢筋混凝土节点的抗震性能，传统的办法是在节点配置多而密的箍筋。但是过多的箍筋又使构造复杂、施工困难,这是节点抗震设计中亟待解决的问题。 钢纤维混凝土(Steel Fiber Reinforced Concrete，SFRC) 是一种性能优异的复合材料，与普通混凝土相比具有抗拉强度高，黏结性能好，变形能力大等优点[1]。将之用于框架节点及其附近区域，可替代或部分替代箍筋抗剪作用，改善普通混凝土材料的脆性，提高节点的延性及耗能能力，为改善框架抗震性能提供了新的有效途径[2]。 1 钢纤维混凝土的特点 钢纤维混凝土是由钢纤维、水泥、砂、石及外加剂，按比例配置，经凝结硬化后形成的复合材料。钢纤维混凝土中分布的短纤维的主要作用是阻碍混凝土内部微裂缝的扩展和阻滞宏观裂缝的发展。因此，其对抗拉强度和由主拉应力控制的抗剪、抗弯和抗扭强度等，有明显改善作用；其塑性变形性能、韧性和抗压疲劳性能等，较普通混凝土都有较大改善。 1.1 钢纤维在混凝土中的增强阻裂原理[3] 1）钢纤维混凝土尚未凝结硬化时，钢纤维和固体颗粒逐渐下沉，钢纤维互相交叉，增大了下沉的阻力，相应地减少了混凝土的塑性收缩和沉降收缩。 2）钢纤维混凝土在硬化过程中，因混凝土收缩内部产生微裂缝。微裂缝大部分分布在粗骨料表面和水泥浆中，外掺的钢纤维以针状骨料形式存在于水泥浆中，水泥水化的产物附着在钢纤维周围，减少了水泥硬化过程中的微裂缝，提高了水泥石的结构强度。 3）钢纤维混凝土承受荷载超过水泥浆体所能承受的拉力时，力通过水泥浆与纤维间的粘结力，传递给钢纤维，由于钢纤维的约束作用，限制了微裂缝的扩展，并延缓了新裂缝的产生。与普通混凝土相比，在相同荷载时，钢纤维混凝土的部分荷载由横贯裂缝的钢纤维承担，因而提高了钢纤维混凝土的承载力。由于钢纤维均匀散布在水泥浆体中，纤维短且呈三维分散，当构件承受的荷载加到极限荷载时，在构件的受拉边缘，由集中受力变成分散受力。与素混凝土相比，钢纤维混凝土受力破坏裂缝数量增多，裂缝宽度变小，受力中和轴上移幅度变小，提高了钢纤维混凝土的承载力。同样，在冲击荷载作用下，提高了混凝土的耐冲击韧性，使钢纤维混凝土呈现出裂而不碎的特征。 1.2 钢纤维混凝土的破坏特征[4] 钢纤维混凝土根据钢纤维形状的不同，破坏特征是不一样的。直线形钢纤维混凝土是利用钢纤维和基体的有机粘体共同作用的。它的受力特征分为两个阶段：第一阶段为弹性状态，纤维与基体变形协调，随着外荷载的增大，混凝土基体首先进入塑性，直至混凝土开裂（微裂缝），基体退出工作，于是进入第二阶段，即外荷载完全由钢纤维承担，钢纤维分别经历弹性阶段，塑性阶段直至钢纤维被拔出。 尽管直线形钢纤维混凝土的力学性能已有很大改善，但由于直线形纤维长细比不能过大，纤维体积率不能过高，在一定程度上限制了直线形纤维对基体增强作用的发挥。异形钢纤维混凝土不仅可与直线纤维同等利用界面粘结力，而且可利用纤维形状的改变，引起钢纤维变形抗力以及由于正应力产生的纤维与基体间摩擦力。这样异形钢纤维混凝土的受力特征是三个阶段：第一阶段同直线形钢纤维；第二阶段是在混凝土开裂后，外荷载由纤维变形抗力和摩擦力承担；第三阶段为粘结破坏，纤维被拔出。这样，在同等纤维长细比和体积率情况下，异形钢纤维的增强作用大大高于直线形纤维。 2钢纤维混凝土在框架节点抗震中的应用 2.1 在现浇混凝土结构中的应用 将钢纤维掺入混凝土，使其随机三维分散在混凝土内，在框架节点处用钢纤维配筋取代部分箍筋，不仅能提高框架节点的抗震性能和延性，还能解决节点在施工中存在的问题。如果采用高强钢纤维混凝土，更加能充分发挥两种材料的优越性，形成新型节点。 1994 年，福州市建委与福州大学土建系合作，做了3个框架节点试验[2]。试验结果表明，钢纤维混凝土节点在低周反复荷载作用下，先后经过初裂、通裂、屈服、强度极限和破损等5个特征阶段。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0.6～2 mm，但核心区混凝土并无剥落现象，这充分体现了钢纤维混凝土“裂而不散”的特点。 2.2 在后浇整体式预制混凝土结构中的应用 对后浇整体式预制混凝土结构，后浇节点对整个结构系统的抗震性能起着重要的控制作用。后浇节点狭小的作业空间，增加了箍筋设置和混凝土浇筑的难度，施工质量难以保证。采用钢纤维混凝土节点，其抗震性能研究结果表明：在节点区域采用钢纤维混凝土，可减少节点区域箍筋用量，显