钢纤维高强混凝土的抗剪强度钢纤维高强混凝土的抗剪强度

0606 结构工程结构工程姓名姓名 :: 张东海 学号张东海 学号 :06111190:06111190

20062006 年年 1010 月月

钢纤维混凝土应用钢纤维混凝土应用 钢纤维混凝土钢纤维混凝土 (Steel Fiber Reinforced High Steel Coner(Steel Fiber Reinforced High Steel Coner

ete , SFRC)ete , SFRC) 作为一种新型复合建筑材料，近年来在国内外得到了迅速作为一种新型复合建筑材料，近年来在国内外得到了迅速

发展。和普通混凝土相比，钢纤维混凝土不仅能明显地改发展。和普通混凝土相比，钢纤维混凝土不仅能明显地改善混凝土的抗拉、抗剪、抗弯、抗裂和耐磨性能，而且可善混凝土的抗拉、抗剪、抗弯、抗裂和耐磨性能，而且可以大大增强断裂韧性和抗冲击性能，显著提高结构疲劳性以大大增强断裂韧性和抗冲击性能，显著提高结构疲劳性能及其耐久性，加之施工简便，价格相对低廉，所以在公能及其耐久性，加之施工简便，价格相对低廉，所以在公路路面、桥梁结构、机场跑道、铁路轨枕、隧道衬砌、房路路面、桥梁结构、机场跑道、铁路轨枕、隧道衬砌、房屋建筑、水工结构等工程中应用日益广泛。随着钢纤维生屋建筑、水工结构等工程中应用日益广泛。随着钢纤维生产技术的不断进步和基础理论的不断完善，钢纤维混凝土产技术的不断进步和基础理论的不断完善，钢纤维混凝土的应用领域将进一步拓宽，发展前景未可限量。的应用领域将进一步拓宽，发展前景未可限量。

01.01. 钢纤维混凝上的静态力学性能钢纤维混凝上的静态力学性能

实验项目C40钢纤维体积掺量 C60钢纤维体积掺量

0 1 2 3 0 1 2 3

抗压

抗压强度 /MPa

53.2 53.4 56.7 59.8 69.3 72.6 74.5 79.9

提高率 /% － 0.4 6.6 12.4 － 4.8 7.5 15.3

抗剪

抗剪强度 /MPa

5.38 10.2 11.1 11.9 5.75 11 12.4 15.3

提高率 /% － 89.8 107 120 - 91.3 116 166

韧性阻裂系数 1.08 1.22 1.29 1.35 1 1.37 1.43 1.43

脆性系数 10.8 5.33 4.46 4.1 13.5 6.54 3.36 4.67

2 钢纤维高强混凝土抗剪强度的影响因素和计算

文献 [2] 对 29 组共 116 个钢纤维高强混凝土抗剪试件 进行了双面剪切试验研究了钢纤维混凝土基体强度、钢纤维类型和钢纤维掺率对钢纤维高强混凝土抗剪强度的影响。

试验采用的混凝土基体强度分别为 C30,C60 和 C 80 ：

钢纤维特征参数钢纤维特征参数

纤维类型 代号 lf/mm df/mm lf/mm b/MPa

钢丝切断弯钩形 QW 30.00 0.542 55.30 >1100

铣削弯钩形 XW 32.00 0.940 34.05 >700

剪切弯钩形 JW 32.00 0.580 55.20 >700

剪切长直形 JZ 30.31 0.670 45.20 >380

双向剪切试验装置：双向剪切试验装置：

混凝土基体强度分别为混凝土基体强度分别为 C30,C60C30,C60 和和 C80C80 ：：

混凝土强度等级 立方体抗压强度 /MPa

C30 37.07

C60 67.59

C80 82.96

2.12.1 基体强度对钢纤维高强混凝上抗剪基体强度对钢纤维高强混凝上抗剪强度的影响强度的影响

随着混凝土基体强度的升高，钢纤维高强混凝随着混凝土基体强度的升高，钢纤维高强混凝上的抗剪强度不断增大。钢纤维对高强混凝土上的抗剪强度不断增大。钢纤维对高强混凝土的抗剪强度具有明显的改善作用。钢纤维对不的抗剪强度具有明显的改善作用。钢纤维对不同强度混凝上的抗剪强度增强效果是相近的。同强度混凝上的抗剪强度增强效果是相近的。

2.22.2 纤维特性对钢纤维高强混凝上抗剪纤维特性对钢纤维高强混凝上抗剪强度的影响强度的影响

钢纤维的横断面性质对钢纤维高强混凝抗钢纤维的横断面性质对钢纤维高强混凝抗剪强度的影响很大。另外钢纤维的其他自剪强度的影响很大。另外钢纤维的其他自身性质：如钢纤维身长或两端的变形、纤身性质：如钢纤维身长或两端的变形、纤维自身强度、纤维表而的粗糙程度等维自身强度、纤维表而的粗糙程度等 .. 对钢对钢纤维高强混凝抗剪强度也有较大影响纤维高强混凝抗剪强度也有较大影响 ..

试件设计参数及抗剪强度试件设计参数及抗剪强度 fρ ff δ

fρ ff δ试件编号 基体强度等级 /% /MPa /MPa 试件编号 基体强度

等级 /% /MPa /MPa

QW3005 C30 0.5 7.19 0.27 JW6005 C60 0.5 13.74 0.54

QW3010 C30 1.0 9.66 0.49 JW6010 C60 1.0 14.59 0.62

QW6005 C60 0.5 12.34 0.23 JW6015 C60 1.5 16.04 0.89

QW6010 C60 1.0 12.9 0.42 JW6020 C60 2.0 17.95 0.74

QW8005 C80 0.5 14.8 1.31 JW8005 C80 0.5 14.14 0.28

QW8010 C80 1.0 15.02 0.79 JW8010 C80 1.0 16.04 1.10

XW3010 C30 1.0 11.5 0.56 JW8015 C80 1.5 18.92 1.50

XW3015 C30 1.5 12.13 0.71 JW8020 C80 2.0 19.23 0.94

XW6010 C60 1.0 15.5 0.99 JZ3010 C30 1.0 9.55 0.16XW6015 C60 1.5 15.75 0.18 JZ6010 C60 1.0 14.36 0.36XW8010 C80 1.0 17.22 0.95 JZ8010 C80 1.0 15.71 0.54JW3005 C30 0.5 6.24 0.51 W30 C30 0 5.9 0.4JW3010 C30 1.0 10.39 0.55 W60 C60 0 9.95 1.37JW3015 C30 1.5 12.56 0.46 W80 C80 0 12.57 0.92JW3020 C30 2.0 13.42 0.45

图 2 钢纤维高强混凝土（体积掺率为 1.0%）

抗剪强度和基体抗压强度的关系

钢丝切断弯钩形 钢丝切断弯钩形 QW QW 铣削弯钩形 铣削弯钩形 XWXW剪切弯钩形 剪切弯钩形 JW JW 剪切长直形 剪切长直形 JZJZ普通混凝土 普通混凝土 WW

2.32.3 纤维掺量对钢纤维高强混凝土抗剪纤维掺量对钢纤维高强混凝土抗剪强度的影响强度的影响

随着钢纤维体积掺率的增加，钢纤维高强随着钢纤维体积掺率的增加，钢纤维高强混凝土的抗剪强度逐步增高混凝土的抗剪强度逐步增高 .. 在混凝上基体在混凝上基体强度较高时，提高钢纤维掺量对钢纤维高强度较高时，提高钢纤维掺量对钢纤维高强混凝上抗剪强度的改善作用有所减弱强混凝上抗剪强度的改善作用有所减弱 ..

掺入 JW 型纤维的高强混凝土抗剪强度与纤维体积掺率的关系

2.42.4 不同钢纤维掺量下轴压对压剪强度不同钢纤维掺量下轴压对压剪强度的影响的影响

随着轴压的增加，抗剪强度也增加，同轴随着轴压的增加，抗剪强度也增加，同轴压下，随着钢纤维掺量的增加，抗剪强度压下，随着钢纤维掺量的增加，抗剪强度提高掺量为提高掺量为 75kg/m375kg/m3时效果比较理想。时效果比较理想。 SSFRHSCFRHSC 压剪试件的破坏形式有两种压剪试件的破坏形式有两种 : 1.: 1. 沿沿剪切面发生的滑移破坏剪切面发生的滑移破坏 ;2.;2.沿剪切面发生滑沿剪切面发生滑移破坏的同时，沿轴力方向的剪压破坏，移破坏的同时，沿轴力方向的剪压破坏，主要出现在钢纤维掺量为主要出现在钢纤维掺量为 00 的高轴压时。的高轴压时。破坏时，破坏截面处的纤维被拔出，没有破坏时，破坏截面处的纤维被拔出，没有发现钢纤维剪断现象。发现钢纤维剪断现象。

轴压对剪切强度的影响

2.52.5 抗剪强度与位移关系抗剪强度与位移关系

随着钢纤维掺量的增加，抗剪强度有较大随着钢纤维掺量的增加，抗剪强度有较大的提高，与普通混凝土比，钢纤维与基体的提高，与普通混凝土比，钢纤维与基体错动后，仍有一定的承载能力，随着钢纤错动后，仍有一定的承载能力，随着钢纤维的拔出，荷载逐渐下降，表现为韧性破维的拔出，荷载逐渐下降，表现为韧性破坏，改变了素混凝十的力学性能。坏，改变了素混凝十的力学性能。

钢纤维混凝土剪切变形全过程曲线钢纤维混凝土剪切变形全过程曲线

3 抗剪强度与其它强度的关系

根据实验提出立方抗压强度在 55～ 70M Pa之间的高强混凝土抗剪强度的计算公式：

0.550.8v cuf f

3.1 抗剪强度与抗压强度的关系

对钢纤维高强混凝土，用最小二乘法对试验数据进行回归分析，可得到立方抗压强度在 60~80MPa之间的剪切强度的计算公式：

0.850.35v cuf f

3.2 3.2 抗剪强度与劈拉强度的关系抗剪强度与劈拉强度的关系

随劈拉强度的增大，高强混凝土及纤维高强混凝土的抗剪强度均有增大的趋势，但高强混凝土的抗剪强度随劈拉强度而递增的规律远不及纤维高强混凝土那么明显。经过对试验数据的统计分析，

当劈拉强度 = 5~8 MPa时，可得到钢纤维高强混凝土的拉强度之间的关系式如下：

ff

1.420.96fv fcuf f

4 钢纤维高强混凝土变形性能及抗剪强度的计算方法

(1 )fv vf f v fα λ

vf

vα

fλ fφ f fl /d

为高强混凝土极限抗剪强度 (MPa)，可由试验获得 ;

为钢纤维对高强混凝土极限抗剪强度的影响系数，由所测试的3种类型的钢纤维高强混凝土的实验结果，经统计分析可得，铣削型钢纤维的为 0. 93，切断弓型钢纤维的为 0. 7,剪切波纹型钢纤维的为 0. 47;

为钢纤维含量特征参数，为钢纤维体积率 和长径比 的乘积

参考文献参考文献[1]赵国藩，彭少民，黄承迁． 钢纤维混凝土结构 [M]．北京：中国建筑工业

出版社 , 1999.[2]杨萌，黄承连，刘毅．　钢纤维高强混凝土抗剪性能试验研究 [J]．大连

理 大学学报， 2005 年 11 月 [3] 高丹盈，朱海堂，汤寄予． 纤维高强混凝土抗剪强度的试验研究 [J] 建筑科学 ， 2004 年 10 月[4] 高丹盈，朱海堂，汤寄予． 钢纤维高强混凝土的抗剪强度 [J] ．硅酸盐 学报， 2005 年 1 月[5] 朱海堂，高丹盈，汤寄予． 纤维高强混凝土抗剪性能影响因素的研究 [J]．

水力发电学报， 2004 年 6 月[6] 中国工程建设标准化协会标准． CECS 38 ： 92 钢纤维混凝土结构设计

与施 工规程 [S]．北京：中国计划出版社， 1996[7] 中国下程建设标准化协会． 钢纤维混凝土试验方法 CECS 13:89[S]． 北京 : 中国计划出版社， 1989[8] 高丹盈，刘建秀．钢纤维混凝土基本理论 [M]．北京：科学技术文献出

版 社， 1994