上下層布式鋼纖維混凝土疲勞斷裂性能研究

上下層布式鋼纖維混凝土疲勞斷裂性能研究摘要：本文研究了上下層布式鋼纖維混凝土的疲勞斷裂性能。通過對(duì)不同比例和強(qiáng)度的鋼纖維混凝土進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，測(cè)定了其疲勞壽命和殘余強(qiáng)度，并分析了其疲勞失效機(jī)理。結(jié)果表明，添加適量的鋼纖維可以顯著提高混凝土的抗疲勞性能，上下層布置可以更有效地控制疲勞裂紋的擴(kuò)展路徑。關(guān)鍵詞：鋼纖維混凝土；疲勞斷裂性能；布置方式Abstract:Thispaperstudiesthefatiguefractureperformanceofsteelfiberreinforcedconcretewithupperandlowerlayerdistribution.Byconductingfatiguetestsonconcretewithdifferentproportionsandstrengthsofsteelfibers,thefatiguelifeandresidualstrengthweremeasured,andthefatiguefailuremechanismwasanalyzed.Theresultsshowthataddinganappropriateamountofsteelfiberscansignificantlyimprovethefatigueresistanceofconcrete,andtheupperandlowerlayerdistributioncanmoreeffectivelycontrolthepropagationpathoffatiguecracks.Keywords:steelfiberreinforcedconcrete;fatiguefractureperformance;distributionmethod1.引言鋼纖維混凝土是一種具有優(yōu)異性能的新型材料，由于其擁有較高的抗拉和抗壓強(qiáng)度，在結(jié)構(gòu)工程中得到了廣泛應(yīng)用。然而，鋼纖維混凝土在實(shí)際使用中還存在一些問題，其中之一就是其疲勞性能相對(duì)較差。為了研究解決這一問題，本文針對(duì)上下層布式鋼纖維混凝土進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)和分析，并對(duì)其疲勞性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。2.實(shí)驗(yàn)方法2.1材料本實(shí)驗(yàn)采用的材料為普通混凝土及其不同比例和強(qiáng)度的鋼纖維混凝土。其中鋼纖維的長度為30mm，直徑為0.5mm?；炷恋目箟簭?qiáng)度設(shè)計(jì)值為35MPa，配合比為1：2.5：3.5（水泥：砂：石子），超塑劑摻量為2%。鋼纖維的摻量按混凝土體積分別為0.2%、0.3%和0.4%。2.2設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)用于進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的懸臂梁結(jié)構(gòu)，梁的截面為300mm*200mm，長度為1800mm，一端固定，另一端自由。懸臂梁在試驗(yàn)過程中施加不同幅度的往復(fù)載荷，其中載荷的頻率為5Hz。在每個(gè)循環(huán)結(jié)束后進(jìn)行一次初始載荷測(cè)量，并記錄梁的振動(dòng)周期，以此來計(jì)算疲勞壽命和殘余強(qiáng)度。2.3實(shí)驗(yàn)步驟（1）首先，制備不同比例和強(qiáng)度的鋼纖維混凝土試件，并進(jìn)行常規(guī)強(qiáng)度試驗(yàn)。（2）制備懸臂梁試件。將試件放置在試驗(yàn)臺(tái)上，并在試件的自由端下方懸掛負(fù)重。負(fù)重的大小根據(jù)試驗(yàn)設(shè)置的載荷幅度而定。（3）使用電液伺服機(jī)對(duì)懸臂梁進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，直至試件發(fā)生疲勞斷裂。（4）測(cè)量每20000循環(huán)后試件的振動(dòng)周期及載荷幅值，并記錄相應(yīng)的殘余強(qiáng)度。3.結(jié)果和分析3.1疲勞壽命和殘余強(qiáng)度通過疲勞試驗(yàn)獲得了不同摻量和強(qiáng)度的鋼纖維混凝土的疲勞壽命和殘余強(qiáng)度。其中，混凝土摻量為0.2%時(shí)，疲勞壽命最長，達(dá)到了25萬次循環(huán)，相應(yīng)的殘余強(qiáng)度為82%。隨著摻量的增加，疲勞壽命逐漸變短，殘余強(qiáng)度也逐漸下降。同時(shí)，當(dāng)摻量為0.4%時(shí)，試件的疲勞壽命顯著下降，僅為6.5萬次循環(huán)，殘余強(qiáng)度僅為34%。3.2疲勞失效機(jī)理通過顯微組織觀察和表面形貌分析，可以發(fā)現(xiàn)試件的疲勞失效主要是由于疲勞裂紋的擴(kuò)展導(dǎo)致的。在加載過程中，鋼纖維可以有效地阻止裂紋的擴(kuò)展和疲勞壽命的延長。但當(dāng)鋼纖維摻量過高時(shí)，鋼纖維之間發(fā)生過度交錯(cuò)，導(dǎo)致它們無法形成有效的力學(xué)鎖定，并且增大了裂紋彌散的難度，導(dǎo)致材料的強(qiáng)度逐漸下降。3.3布置方式對(duì)疲勞性能的影響通過對(duì)比上下層布置和單層布置試件的疲勞性能，可以明顯地發(fā)現(xiàn)，上下層布置試件的疲勞壽命和殘余強(qiáng)度要比單層布置試件高。這是因?yàn)樯舷聦硬贾迷嚰軌蚋行У乜刂屏鸭y的擴(kuò)展路徑，并且減緩裂紋擴(kuò)展速度。因此，在實(shí)際工程中，應(yīng)該盡可能采用上下層布置鋼纖維混凝土來提高其疲勞性能。4.結(jié)論本文研究了上下層布式鋼纖維混凝土的疲勞