郭蒙蒙張志彪 朱茹琳

（1安徽省高路建設(shè)有限公司，安徽 合肥 230000；安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽 合肥 230000 3.安徽保利房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，安徽 合肥 230000）

關(guān)鍵字：鋼纖維混凝土；疲勞性能；S-N曲線；應(yīng)力；應(yīng)變

0 引言

鋼纖維混凝土（簡稱SFRC）具有良好的抗疲勞性和耐久性，成為現(xiàn)在工程應(yīng)用中一種重要的混凝土材料[1][2]。針對(duì)SFRC 的材料特性以及受力特點(diǎn)，不少專家進(jìn)行了一系列的分析探討，針對(duì)鋼纖維參數(shù)（長徑比、體積率、纖維類型等），對(duì)混凝土基體進(jìn)行了理論試驗(yàn)探究，但是大多局限于SFRC 靜力性能研究。S. Goel為了研究鋼纖維摻入體積率和加載工況對(duì)SFRC 的影響，進(jìn)行了SFRC 梁彎曲疲勞試驗(yàn)，對(duì)其力學(xué)性能以及破壞機(jī)理進(jìn)行分析[3][4]；趙國藩通過試驗(yàn)研究，分析了鋼纖維對(duì)混凝土的增強(qiáng)作用，以及在不同荷載形式作用下其疲勞破壞形態(tài)[5]；楊潤年利用SFRC 試驗(yàn)結(jié)果，建立了彎拉疲勞破壞模型[6]；宋玉普利用內(nèi)時(shí)損傷理論，基于SFRC 疲勞試驗(yàn)結(jié)果，分析探討了SFRC 的疲勞應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系[7～9]。

本文在單向拉壓往復(fù)荷載作用下對(duì)SFRC 試件進(jìn)行了加載測試，探究了在不同加載工況作用下SFRC 展現(xiàn)的不同性能特征。

1 試驗(yàn)狀況

1.1 試件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)的混凝土試件，材料強(qiáng)度等級(jí)為C30，按照一定體積摻入率添加鋼纖維，試件采用兩端加載的方式，在試件兩端設(shè)置預(yù)埋連接件，預(yù)埋件埋入試件8厘米，試件外1.2 厘米，同批次澆筑邊長15 厘米的標(biāo)準(zhǔn)混凝土立方體試塊，用來測試澆筑試件的強(qiáng)度是否滿足要求。

1.2 試驗(yàn)工況

試驗(yàn)加載儀器采用多軸子結(jié)構(gòu)萬能疲勞試驗(yàn)機(jī)；在試件表面布置位移傳感器進(jìn)行應(yīng)變采集。

試驗(yàn)旨在研究在拉壓循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土疲勞性能，因此試驗(yàn)荷載選取應(yīng)力比R=-1 的疲勞荷載形式，疲勞荷載的最大應(yīng)力值為0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa、1.0MPa、1.1MPa、1.2MPa。如果在荷載循環(huán)106次以后，試件依然保持完好，就可以認(rèn)為該測試試件具有無限疲勞壽命。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

從初步試驗(yàn)結(jié)果來看，在拉壓循環(huán)荷載作用下，普通混凝土試件當(dāng)應(yīng)力幅值在0.6MPa～0.7MPa 左右時(shí)，開始有無限壽命出現(xiàn)，SFRC 試件當(dāng)應(yīng)力幅值在0.7MPa～0.8MPa 左右時(shí)，有無限壽命開始出現(xiàn)?；炷潦怯啥嘞嗖牧辖M成，導(dǎo)致其存在很大的離散特性，因此試驗(yàn)結(jié)果也隨之表現(xiàn)出一定的離散特性，很難對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直接探析。本文利用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸處理，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合分析，得出普通混凝土試件的疲勞強(qiáng)度約為0.639MPa，SFRC 試件的疲勞強(qiáng)度為0.847MPa，SFRC 的疲勞強(qiáng)度相對(duì)于普通混凝土提高了32.6%。

2.1 疲勞變形

加載時(shí)，當(dāng)試件處于軸向受壓作用時(shí)，荷載作用較小，因此在試驗(yàn)的最初階段和中間階段，沒有出現(xiàn)顯著的滯回曲線。當(dāng)試件處于由受拉轉(zhuǎn)變?yōu)槭軌鹤饔脮r(shí)，微裂紋在試件結(jié)構(gòu)內(nèi)部開始逐漸閉合，其抗壓承載力也逐漸正常；而當(dāng)試件處于由受壓轉(zhuǎn)變?yōu)槭芾饔脮r(shí)，其抗壓承載力和抗拉承載力不斷減小。隨著加載周期的增加，試件損傷也在不斷增加，在試驗(yàn)的最后階段，出現(xiàn)了顯著的滯回曲線。試驗(yàn)時(shí)加載的荷載越大，試件的總變形量和殘余變形量越大，其最終的疲勞壽命也越小。

SFRC 疲勞應(yīng)變呈“S”型三階段逐漸增長，第一階段大概包括試件疲勞壽命的20%，微裂紋在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部迅速萌生，試件整體應(yīng)變表現(xiàn)出快速增長；第二階段大概包括試件疲勞壽命的70%，微裂紋在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部緩慢發(fā)展，試件整體應(yīng)變表現(xiàn)出穩(wěn)定增長；第三階段大概包括試件疲勞壽命的10%，微裂紋在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部快速發(fā)展，試件整體應(yīng)變表現(xiàn)為急速增長直至試件發(fā)生破壞。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出：在試驗(yàn)荷載作用下，SFRC 試件最終受拉發(fā)生斷裂，斷裂前變形量在（100～110）×10-6左右，其疲勞拉壓應(yīng)變均略小于普通混凝土。

3 結(jié)論

1）SFRC 試件在拉壓循環(huán)荷載作用下，無限壽命混凝土試件出現(xiàn)在疲勞荷載幅值在0.7MPa 和0.8MPa 時(shí)，試件的疲勞強(qiáng)度為0.847MPa，比普通混凝土提高32.6%。

2）SFRC 在拉壓循環(huán)荷載作用下疲勞變形表現(xiàn)出明顯的滯回現(xiàn)象，疲勞變形表現(xiàn)出“S”型三階段逐漸增長，SFRC 試件最終受拉發(fā)生斷裂，斷裂前變形量在（100～110）×10-6左右，其疲勞應(yīng)變略低于普通混凝土。