混杂纤维高性能混凝土深梁的剪切延性.pdf

第 3 5卷 第 3 期 2 0 1 3年 6月 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 J o u r n a l o f Ci v i l ．Ar c h i t e c t u r a l& E n v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g Vo 1 ． 3 5 No ． 3 J u n ．2 0 1 3 d o i ： 1 0 ． 1 1 8 3 5 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 4 - 4 7 6 4 ． 2 0 1 3 ． 0 3 ． 0 1 4 混杂纤维高性能混凝土深梁的剪切延性 刘 胜 兵 ， 徐礼 华 ( 1 ． 武汉工程 大学 环境与城市建设学院 ， 武汉 4 3 0 0 7 4 ； 2 ． 武汉大学 土木建筑工程 学院 ， 武汉 4 3 0 0 7 2 ) 摘 要 ： 采 用正 交设 计 法对 1 8组 混杂 纤维 高性 能混 凝土 ( HP C ) 深 梁和 2组普 通 高性 能混 凝 土 深 梁 进行 受剪 试验 ， 通过 定 义剪切 延性 指标 对深 梁的 剪切延 性进 行 定量 分析 ， 利 用 直观 分析 法 比较 了钢 纤维外形、 钢纤维体积率、 钢纤维长径 比、 聚 丙烯纤维体积率、 水平分布钢筋配筋率、 竖向分布钢筋 配筋率等 因素对深梁剪切延性的影响。结果表明， 钢纤维体积率对深梁剪切延性影响最大， 超过 了 水 平分布 钢 筋和 竖向分 布钢 筋 的作 用 ， 钢 纤 维外 形 的影 响最 小 。混 杂 纤 维的掺 入 显著提 高 了深 梁 的剪切延 性 ， 最 大提 高达 4 O ． 7 ， 但 仍达 不到 延性破 坏 的要 求 ， 不足 以从破 坏 形 态上根 本 改 变深 粱 剪切 破 坏 时的脆性 。运 用有 限元 软件 AB AQUS对深 梁 受剪行 为进行 全过 程分析 ， 数 值分析 结果与 试验 结果吻合 良好 。 关键 词 ： 混 杂纤 维 ； 高性 能 混凝 土 ； 深 梁 ； 剪 切 ； 延 性 ； 有 限元分 析 中图分 类号 ： T U3 7 5 ； TU5 2 8 文献标 志码 ： A 文章 编 号 ： 1 6 7 4 — 4 7 6 4 ( 2 0 1 3 ) 0 3 — 0 0 8 8 — 0 7 S h e a r Du c t i l i t y o f Hy b r i d Fi b e r Re i nf o r c e d Hi g h Pe r f o r ma nc e Co n c r e t e De e p Be a m s Li u Sh e n g bi n g ，Xu Li h u a。 ( 1．Sc h o ol of En vi r o n m e nt a nd Ci vi l Engi ne e r i ng ， W uha n I n s t i t u t e of Te c h nol o gy，W uha n 43 00 7 4， P ．R．Chi n a： 2 ． Sc h oo l of Ci v i l Eng i ne e r i ng，W uh a n Uni ve r s i t y，W uha n 43 007 2。 P．R．Chi na ) Abs t r a c t ： The s h e a r t e s t s we r e c on du c t e d on 1 8 d i f f e r e n t g r ou ps o f de e p be a m s wi t h s t e e 1 f i be r a nd p o l yp r op yl e ne f i be r a nd t wo gr o u ps h i gh pe r f or ma nc e c o nc r e t e d e e p be a m s wi t h ou t f i b e r a c c o r di ng t o t he o r t h og o na l e xp e r i me n t a l d e s i g n． By a d e f i ni t i o n o f s he a r d uc t i l i t y i nd e x s he a r du c t i l i t y o f de e p be a m s wa s a na l y z e d q ua nt i t a t i v e l y ． The i n f l ue nc e o f s i x f a c t or s o n i m p r o vi n g s h e a r d uc t i l i t y o f d e e p b e a ms wa s c o m p a r e d b y d i r e c t — v i e wi ng a na l y s i s of t he o r t ho g on a l e xpe r i me nt ． The c on t r i bu t o r y f a c t o r s s u c h a s t he s p e c i e s o f s t e e l f i b e r ，t h e v o l u me f r a c t i o n o f s t e e l f i b e r ，t h e l e n g t h ／ d i a me t e r a s p e c t r a t i o o f s t e e l f i b e r ，t h e v o l u m e f r a c t i o n of po l yp r o py l e ne f i b e r ， t he r a t i o of we b h or i z o nt a l r e i n f o r c e me n t a n d t h e r a t i o o f we b ve r t i c a l r e i n f o r c e m e nt we r e a n a l yz e d ． Re s ul t s s h o w t ha t t he v o l u me f r a c t i o n o f s t e e l f i b e r pl a y s t he mos t i m p o r t a nt r o l e i n i mpr o v i ng s he a r duc t i l i t y o f d e e p b e a m s e x c e e d i ng t he r a t i o o f we b ho r i z o nt a l r e i nf o r c e me n t a n d t h e r a t i o o f we b ve r t i c a l r e i nf or c e me n t， wh e r e a s s pe c i e s o f s t e e l f i be r h a s mi ni mum e f f e c t ． H y br i d f i be r c a n be u s e d t o g r e a t l y i nc r e a s e s h e a r du c t i l i t y o f d e e p be a ms a nd s he a r du c t i l i t y i s a t t he mo s t i n c r e a s e d b y 4 0 ． 7 0A a l t h o u g h i t c a n n o t c h a n g e t h e b r i t t l e n e s s o f s h e a r d a ma g e ．Th e f u l l — r a n g e s h e a r b e h a v i o r s o f d e e p b e a ms t h r o u g h ABAQUS a r e a n a l y z e d a n d t h e c a l c u l a t e d r e s u l t s a r e i n g o o d a g r e e me n t wi t h t e s t r e s u l t s ． Ke y wo r d s ： h y b r i d f i b e r ； h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e( HP C) ； d e e p b e a m ； s h e a r ； d u c t i l i t y ； f i n i t e e l e me n t a n a l y s i s 收稿 日期 ： 2 0 1 2 — 1 i - 2 6 基金项 目： 湖北省教育厅青年科学基金( B 2 0 O 5 1 4 0 o 3 ) ； 武汉工程大学科学研究基金 ( 1 3 1 0 5 0 2 1 ) 作者简介 ： 刘胜兵( 1 9 7 6 一 ) ， 男 ， 博 士 ， 主要从事纤维混凝 土结构研究 ， ( E ma i l ) a j i e 2 0 4 6 @s i n a t o m。 徐礼华 ( 通信 作者) ， 女 ， 教授 ， 博 士 ， ( E - ma i l ) x u l i h u d @1 6 3 ． c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 期 刘胜兵 ， 等 ： 混 杂纤 维 高性 能混凝 土深 梁的剪切 延性 8 9 延 性 是指 材 料 、 构 件 或 结 构 在 各 种 作 用 下 进 入 非线性 状 态后 ， 在 承 载力 不 显 著 降低 情 况 下 的变 形 能力 。延性 可分 为 材料 延性 、 截 面延 性 、 构 件 延性 和 结 构延 性 。对 于 混 凝 土构 件 的 破 坏 ， 除 了应 满 足 强 度 、 刚度 、 稳定性等方面的要求 外 ， 还要求具有 良好 的延性 ， 使结构具 有充分 的变形能力和 良好 的动力 性能 ， 防止结构在使用过程中发生脆性破坏。钢筋 混凝土深梁具有刚度大 、 受力特性合理 、 承载力大等 特点 ， 在高层建筑 和大跨结构等实 际工程 中得 到广 泛应用 口 ] 。深梁 构 件 由于所 受 弯矩 较 小 ， 剪力 很 大 ， 极 易 发生 剪切 破坏 ， 而 剪切 破坏 属 于脆 性 破 坏 ， 破坏 后 果极 为 严重 ， 因此 对 深 梁 剪 切 破 坏 下 的延 性 进 行 研 究是 非 常必 要 的 。 目前 ， 中 国外 对 混 凝 土 受 弯 构 件 的延性 十分 重 视 ， 这方 面 的研 究 成 果 较 多 。文 献 E e 3 对混杂纤维高性能混凝土深梁正截面受弯性 能 进行了研究 ， 指出混杂纤维可 以显著改善高性 能混 凝土深梁的正截面延性 ， 但文 中未对延性进行定量 分析 。Xi e 等[ 3 仿 照正截面延性研究方法 ， 定义 了 剪切 延性 指 标 ， 对 梁 的剪 切 延 性 进 行 了定 量 分 析 。 对于深梁 的受剪性能 ， 虽然研究成果较多 ， 但 内容多 限于 受剪 承载 力 和 计算 模 型 等 方 面[ 5 。 。对 于深 梁 剪切延性 的研究 ， Ra o等[ 1 研究 了尺寸变化对混 凝土 深梁 的剪 切延 性影 响 。有 关} 昆杂 纤维 高 性 能混 凝 土深 梁剪切 延 性 的研究 ， 目前 还 未 见诸 报 道 ， 笔 者 对混杂纤维高性能混凝土深梁剪切破坏下的变形和 延性 进行 定量 分 析 和研究 ， 为《 纤维 混 凝 土结 构 技 术 规 程 )) ( C E C S 3 8 ： 2 0 0 4 ) E 1 3 ] 增 补有 关混 杂纤 维混 凝 土 深 梁 的 内容 提供 参 考 。 1 试 验 概 况 1 ． 1 试 件设 计 按 照《 纤 维 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 》 ( C E C S 3 8 ： 2 0 0 4 ) 的有关要求 ， 通过“ 正交设计法” _ 】 ， 采用 L ( 2 3 ) 正交表设计 了 1 8组混杂纤维 高性 能混凝 土深梁 。考虑的影响因素有 6 个 ： 钢纤维体积率、 钢 纤维长径 比、 钢纤维外形 、 聚丙烯纤维体积率 、 水平 分布钢筋配筋率及竖 向分布钢筋配筋率。 各因素的水平数分别安排如下 ： 1 ) 钢纤维体 积 率分别取 0 ． 5 、 1 ． 0 、 1 ． 5 共 3个水平； 2 ) 钢 纤 维外 形采 用 端 钩形 和 波 纹 形 2 个 水 平 ； 3 ) 钢纤 维 长 径 比分别取 3 0 、 5 o 、 7 0共 3 个水平； 4 ) 聚丙烯纤维体 积率分别取 0 ． 0 5 5 ％、 0 ． 1 1 、 0 ． 1 6 5 共 3个水平 ； 5 ) 水平分布钢筋配筋率分别取 0 、 0 ． 5 8 1 、 0 ． 8 7 2 共 3个 水 平； 6 ) 竖 向 分 布钢 筋 配筋 率 分 别 取 0 、 0 ． 5 8 1 、 0 ． 8 7 2 共 3个水平。 为便于对比， 还设计 了 2组不加纤维的普通高 性 能混凝 土 深 梁 。2 O组 深 梁 剪 跨 比均 为 1 ， 跨 高 比 均为 1 ． 6 。为保证深梁发生剪切破 坏， 深梁下部的 0 ． 2 h ( 为 梁高 ) 范 围 内均 配 置 了 4虫1 8作 为纵 向受 力钢筋 ， 分上下 2层 布置 ， 配筋率为 1 ． 3 5 6 。水平 及竖向分布钢筋采用光圆钢筋， 配筋率为 0 ． 8 7 2 ％时 腹 筋 的布置 为 2 巾 1 O @1 2 0 ， 配筋率为 0 ． 5 8 1 时腹筋 的 布 置 为 2 q , ] o @ 1 9 0 。深 梁 截 面尺 寸 均 为 1 5 0 mm 5 0 0 m m， 长 1 0 4 0 mm， 净跨 8 0 0 mm。试件具体参数 及试 验结果 见表 1 所示 。 表 1 试 件参数及试验结果 BF 3 — 1 — 1 BF1 — 2 — 1 B F2 — 3 — 1 BF2 — 1 — 2 B F3 — 2 — 2 BF1 — 3 — 2 BF1 — 1 — 3 BF2 — 2 — 3 BF3 — 3 — 3 DF1 — 1 1 DF2 — 2 — 1 DF3 — 3 — 1 DF3 — 1 — 2 1 ( 波纹形 ) 1 ( 波纹形 ) 1 ( 波纹形) 1 ( 波纹形) 1 ( 波纹形) 1 ( 波纹形 ) 1 ( 波纹形) 1 ( 波纹形) 1 ( 波纹形) 2 ( 端钩形) 2 ( 端钩形) 2 ( 端钩形 ) 2 ( 端 钩形 ) 2 ( o ． 8 7 2 ) 1 ( o ) 3 ( o ． 5 8 1 ) 1 ( o) 3 ( o ． 5 8 1 ) 2 ( o ． 87 2 ) 3( o ． 5 81 ) 2( o ． 8 7 2 ) 1 ( o) 1 ( o) 3( o ． 5 8 1 ) 2 ( o ． 8 7 2 ) 3 ( o ． 5 8 1 ) 4虫 1 8 4 1 8 4 1 8 4士 1 8 4 1 8 4虫 1 8 4士 1 8 4虫 1 8 4虫 1 8 4虫1 8 4 1 8 4虫 1 8 4 1 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 o 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第3 5 卷 DF1 — 2 — 2 DF2 — 3 — 2 DF2 — 1 — 3 DF3 — 2 — 3 DF1 — 3 — 3 C 1 C 一 2 2 ( 端钩形) 2 ( 端钩形) 2 ( 端钩形) 2 ( 端钩形) 2 ( 端钩形) 4虫 1 8 4士 1 8 4虫 1 8 4 1 8 4出1 8 4士 1 8 4出 1 8 注 ： 表 中 B F系列表示采用波纹形钢纤 维的混杂纤维高性能混 凝土深梁 ， D F系列表示采 用端钩形 钢纤维 的混 杂纤维 高性 能混凝 土深梁 ； B F 2 — 3 — 1 表示波纹形钢纤维长径 比的水平取 为 2 、 体积率 的水平取为 3 、 聚丙烯纤维体积率的水平取 为 1时 的混杂纤 维高性能混凝土深 梁 ， 其它 依此类推 1 ． 2 试验 加载 装置 试 验 在 5 0 0 0 k N 压 力 试 验 机 上 进 行 ， 取 用 2 0 0 0 k N量程。试验深梁为简支梁 ， 采用跨 中单点 集 中加 载 ， 试验 加载 装置 见 图 1 、 图 2 。 图 1试验加载装置示意图 ( 单位 mm) 图 2 5 0 0 0 k N压力试验 机加载装置 2 剪切延性试验结果及 分析 2 ． 1 剪 切延 性评 定指 标 为评定混杂纤维 HP C深梁剪切破坏下的延性 ， 可 以分别比较其延性 比 ( 也称延性系数) 。延性 比 定义为， 荷载一 跨 中挠度 曲线 的下降段上对应 8 5 ％ P 的挠 度 D 与初 始 屈 服 点 所 对 应 的 挠 度 D 之 比， 计算公式为 一D ／ D 。屈服变形 D 的取值标 准 ， 至今 尚无 统 一 方 法 。一 般 情 况 下 ， D 是 受 拉 钢 筋开始屈服时相应荷载下 的变形， 此值对应于变形 曲线 上 的拐点 。但 由于钢 筋混 凝土 受 剪构 件 的特 殊 性 ， 变 形 曲线没 有 明显 的拐点 ， 转折 点 往往 在一 较 小 区段 内。确定 D 一般 采用 以下 2种方 法 ： 1 ) 能 量法 ( 图 3 ) ， 用折线 OY U代替原来 的荷载位移 曲线 ， 使 曲线 下 的 总 面 积 相 等 ， 即 图 中 面 积 O AB一 面 积 Y UB； 2 ) 几何作图法( 图 4 ) ， 作直线与曲线初始段相 切 ， 与过 己 厂的水 平线 交 于点 A ， 作垂 线 AB交 曲线 于 B， 连结 O B 并 延 伸 于 水 平 线 交 于 C 点 ， 过 点 C 作 0 1 9的垂 线 与 曲线 交 于 y_ 1 。参 考 文 献 [ 1 6 ] 采 用 能 量法确定初始屈服点 ， 统一取荷载位移 曲线上升段 0 ． 8 5 P ⋯ 对 应 的点 为初始 屈服 点 。 图 3能量 法确 定初 始屈服点 图 4几何 作图法确 定初 始屈服点 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 期 刘胜 兵 ， 等 ： 混杂 纤 维高性 能混 凝 土深 梁的剪 切延 性 2 ． 2剪 切延 性试 验结 果 根据 试验 结果 ， 按 照 上 述 定 义 计 算 试 验 深 梁 的 延性 比见 表 1 。 2 ． 3剪 切延 性分 析 2 ． 3 ． 1 因素的影响大小比较 延性 比计算结果 响大小 ， 可 以看 出 ， 对 于 深 梁 剪 切 破 坏 时 的延 性 ， 各 因素的影响大小依 次为： A( 钢纤维体积率) >D( 钢 纤 维 长径 比) > C( 聚 丙烯 纤 维 体 积 率 ) > F ( 竖 向分 布钢筋配筋率) >E( 水平分布钢筋配筋率) >B( 钢 纤 维外 形 ) 。 的直观分析见表 2 。折算极差反应 了不同因素 的影 表 2延性 比直观分析计 算表 因素 K1 Kz K3 极差 R 折算极差 R A( 钢纤维体积率) 7 ． 7 7 ． 8 7 8 ． 4 3 1 ． 2 8 1 ． 3 1 1 ． 4 1 0 ． 1 3 0 ． i 7 B ( 钢纤 维外 形) 1 2 ． O 5 u． 9 5 1 ． 3 4 1 ． 3 3 0 ． 0 1 0 ． 0 2 c ( 聚丙烯体积率) 7 ． 7 2 8 ． 2 8 8 1 ． 2 9 1 ． 3 8 1 ． 3 3 0 ． 0 9 0 ． 1 l D ( 钢纤维长径 比)8 ． 2 9 8 ． 1 3 7 ． 5 8 1 ． 3 8 1 ． 3 6 1 ． 2 6 0 ． 1 2 0 ． 1 5 E ( 水平筋配筋率) 7 ． 8 9 8 ． 0 4 8 ． 0 7 1 ． 3 2 1 ． 3 4 1 ． 3 5 0 ． 0 3 0 ． 0 4 F ( 竖向筋 配筋率 ) 7 ． 8 3 7 ． 9 2 8 ． 2 5 1 ． 3 1 1 ． 3 2 1 ． 3 8 0 ． 0 7 0 ． 0 9 注 ： 表 中 K 、 K 、 K 分别表示各因素取水平 1 、 2 、 3时对应 的试验结果 之和， 、 、 表示它们 的平均值 。 2 ． 3 ． 2 混杂 纤 维的影 响 从表 1可 以得 出 ， 无 腹 筋深梁 B F 1 — 2 — 1及 D F 2 — 3 — 2与对 比梁 C 一 2相 比， 延 性比分别提高了 1 5 和 2 4 ． 5 ； 有腹筋深梁 B F 1 — 3 — 2及 B F 2 — 2 — 3与对 比梁 C 一 1相 比， 延性比分别提高了 4 0 ． 7 和 1 4 ． 2 。表 明 混 杂 纤 维 可 显 著 提 高深 梁 的延性 ， 但延性 比仍达不到延性破坏 的要求 ， 不足以 从 破 坏形 态上 根本 改变 深梁 剪切 破坏 时 的脆性 。 混杂纤 维 对受 剪破 坏深 梁延 性 的增 强 可 以从 以 下几个方面来解释 ： 1 ) 混杂纤维提高了混凝 土的韧 性 及剪 压 区混 凝 土 的极 限压 应 变 和 变 形 能 力 ， 对 高 强 高性 能 混凝 土 的抗 压强 度 也 有 所 提 高 ； 2 ) 当 深 梁 斜截面开裂时 ， 由于“ 桥架” 于斜裂缝的钢纤维和聚 丙烯纤维具有类似箍筋的“ 微筋材” 作用 ， 混杂纤维 在 不 同层 次和 阶 段 承 担 了混 凝 土 释 放 的应 力 ， 同 时 也 抑 制 了斜 裂 缝 的 发展 ， 斜 裂缝 张 开 的过 程 同 时 也 是 聚丙 烯 纤 维 和 钢 纤 维 在 不 同 阶段 缓 慢 拔 出 的 过 程 ， 一 定程 度上 缓解 了破 坏 的突发 性 ， 使 深梁 达 极 限 承载 力后 荷载 不 会 快 速 回落 ； 3 ) 混 杂 纤 维 增 强 了 混 凝土中钢筋与骨料的握裹力 和粘结力 ， 提 高 了纵向 受 拉钢 筋 的销栓 作用 和 水平及 竖 向分 布 钢筋 对 混凝 土 的约束 。 2 ． 3 ． 3 钢 纤维体积率的影响 钢纤维体积率对 深 梁 剪切 破坏 时 延 性 比的影 响见 图 5 。随着钢 纤维 掺量的增大 ， 深梁的延性比有所提高。当钢纤维体积 率从 0 ． 5 增大到 1 ． 5 时， 深梁延性比提高了 1 0 ． 2 。 2 ． 3 ． 4 钢 纤 维 外 形 的影 响 图 6给 出了 钢 纤 维 外 形对 深梁 剪切 破坏 延性 比的影 响 。从 图 中看 出波 纹 形 钢纤 维 的增 强 效果 稍 好 于端 钩 形 钢 纤 维 ， 但 差 别非常小。另外 ， 由于试验试件个数较少 ， 且深梁的 图 5钢纤维体积率对延性 比的影响 剪 切破 坏离 散性 较 大 ， 因此 ， 关 于 这方 面 的探 讨 ， 可 以进一 步进 行研 究 。 l 波 纹形 端钩 形 钢纤维外形 图 6 钢 纤 维 外 形 对 延 性 比 的 影 响 2 ． 3 ． 5 钢 纤 维长 径 比 的影 响 图 7给 出 了钢纤 维 长径 比对 深梁 剪切 破坏 时延性 比的 影 响 。从 图中 可 以看 出 ， 钢纤维 长径 比从 3 O增加 到 7 O时 ， 深 梁 的 延 性 比逐渐 减小 ， 减 小 了 8 ． 7 ， 钢纤 维 长径 比为 3 O 时混杂 纤维 高性 能混 凝土 深梁 剪切 破坏延 性 最好 。 2 ． 3 ． 6 聚 丙烯 纤维体积率的影响 图 8给出 了 聚 丙烯 纤维 体积 率对 深梁 剪切延 性 比的影 响 。从 图 中可以看 出， 当聚丙烯纤维体积率从 0 ． 0 5 5 增加 到 0 ． 1 6 5 时 ， 深 梁 剪 切破 坏 的延 性 比先 增 加 后 减 小 。聚丙烯纤维体积率 为 0 ． 1 1 时混杂纤维 高性 能混凝土深梁剪切延性最好 。 如 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 2 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 5 卷 1 ． 4 0 l35 1 3 0 l 2 5 l 2O 5 0 70 l ／ d f 图 7 钢 纤维 长径 E 对 延性比的影响 1 ． 4 0 1 ． 3 8 l 3 6 l 3 4 l 3 2 1 3 0 1 28 图 8聚 丙烯 纤 维 体 积 翠 对 延 性 比的 影 响 2 ． 3 ． 7 水平分布钢筋配筋率的影响 水平分布 钢筋配筋率对深梁剪切破坏延性 比的影 响见图 9 。 从图中可以看出， 当水平分布钢筋配筋率从 0增加 到 0 ． 5 8 1 时 ， 深 梁 剪 切 破 坏 延性 比增 加 了 2 ． 3 ， 而 当配 筋率 从 0 ． 5 8 1 增加 到 0 ． 8 7 2 9 ／ 6 时 ， 延性 比反 而降低 了 0 ． 7 4 。表 明 一 定 数 量 的水 平 分 布 钢 筋 对提高深梁剪切延性是有利 的， 但配筋率过大则会 对延性产生不利影响， 由于试验数据差别不大， 也不 排 除试验 误差 所致 。 图 9水平分布钢筋配筋 率对延 性比的影响 2 ． 3 ． 8 竖 向分布 钢 筋配 筋率 的影 响 图 1 0给 出 了竖向分布钢筋配筋率对深梁剪切延性 比的影响趋 势图。从 图中可 以看出 ， 当竖 向分布钢筋配筋率从 0增加到 0 ． 5 8 1 9 ／ 6 时 ， 深梁剪切破坏的延性 比增加 了 5 ． 3 ， 而 当配筋率 从 0 ． 5 8 1 增 加 到 0 ． 8 7 2 时 ， 延 性 比反而降低 了4 ． 3 。 表明一定数量的竖 向分布 1 39 1 ． 38 1 ． 37 1 ．3 6 1 ．3 5 l 34 1 3 3 1 ．3 2 1 3 1 1 3 0 图 l 0 竖向分布钢筋配筋率对延性 比的影响 钢 筋对 提 高深 梁延 性 是 有 利 的 ， 但 配 筋 率 过 大 则 会 对 延性 产 生不利 影 响 ， 与普 通混 凝 土深 梁一致 。 3有 限元模 拟分析 为验证试验结果 的有效性 ， 通过选取合理 的材 料本构模型、 破坏准则以及单元类型 ， 采用有限元分 析软件 AB AQus对 2 0组深梁受剪破 坏过程进行 非线性有限元分析， 并将有限元计算结果 与试验结 果进 行对 比。 3 ． 1钢 筋 的本 构 模型 钢筋 采用 有 限元 软 件 AB AQUS中 的塑 性 分 析 模 型 ， 该 模 型 在 多 轴 应 力 状 态 下 满 足 经 典 的 Wo n Mi s e s 屈服 准则 ， 采用 各 向 同性 的强 化 准 则 ， 并 服 从 相关流动法则 。钢筋选择 四折线 的本 构模型 如 图 1 1 所示 ， 与钢材 塑性性能有关的参数 可由钢材 的单 轴拉伸应力一 应变关系曲线确定， 四折线模型的数学 表 达式 如下 ： f E。 ￡ e≤ e 1 Y y e y < ￡ ≤ ￡ s h l _厂 y + ( ￡ 。 一￡ 。 h ) t g O ￡ h e 。 式 中 e y一 1 ． 2 f y ／ F , 。 、 e h 一 1 0 ~ y 、 e 。 一 1 0 0 e y 。 图 1 1钢 筋应 力一 应 变 曲线 3 ． 2 混杂 纤维 高性 能混凝 土 的本构 模 型 混 杂纤 维 高性 能 混 凝 土 是 由钢 筋 、 混 凝 土 及 2 种 或 2种 以上纤 维等 多种 不 同物理 性 能 的材料 复 合 而成， 其本构关系 比普通混凝土更 为复杂。笔者采 用 AB AQUS提 供 的混 凝 土 损 伤 塑 性 模 型 ， 由于 目 前还没有混杂纤维 高性能混凝土的本构模型 ， 采用 文献[ 1 7 ] 钢纤维混凝土的单轴本构模型 ， 通过修正 其初始弹性模量来求得各种混杂组合下纤维混凝土 的本构曲线。混杂纤维高性能混凝土单轴拉伸曲线参 考文献E l 8 ] ， 损伤因子采用文献[ 1 9 ] 中的公式计算。 3 ． 3 有 限元 模型 的建 立 钢筋采用二节点线性桁 架单元 T3 D 2模拟 ， 混 杂纤维混凝土采用 C 3 D 8 R单元 ， 此单元为八节点减 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 4 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 5 卷 续表 3 4 结 论 1 ) 对 于混杂纤维高性能混凝 土深梁剪切延性 ， 各因素的影 响顺序依次 为： A( 钢纤维体 积率) >D ( 钢纤 维长 径 比) >C( 聚丙 烯纤 维 体 积率 ) > F ( 竖 向 分布钢筋配筋率) >E( 水平 分布钢筋 配筋率 ) >B ( 钢纤 维外 形 ) 。 2 ) 混杂纤维能显著提高高性能混凝土深梁剪切 延性 ， 无 腹 筋 深 梁 延 性 比可 提 高 1 5 ～ 2 4 ． 5 ， 有 腹筋深梁延性 比可提高 1 4 ． 2 ～4 0 ． 7 ， 但仍达不 到延性破坏的要求 ， 不足 以从破坏形态上根本改 变 深梁剪切破坏时的脆性 。 3 ) 当钢纤维体积率在 0 ． 5 ～1 ． 5 9 ／ 6 之间时 ， 深 梁剪切延性随着钢纤维体积率 的增大而提高 ； 聚丙 烯纤维体积率为 0 ． 1 1 时混杂纤维高性能混凝 土 深 梁 的剪切 延性最 好 。 4 ) 一 定 数量 的水平 分 布钢筋 和竖 向分 布钢 筋 对 提 高深 梁延 性是 有 利 的 ， 但 配 筋 率 过 大 会 对 延 性 产 生 不利 影 响 。 5 ) 有 限元模 拟 结 果 与试 验结 果 符 合 较好 ， 且 有 限元模 拟能 反 映出混 杂纤 维 HP C深梁 荷 载一 跨 中挠 度 试验 曲线 上无 法测 出 的拐点 。 参考 文献 ： [1 ]丁大钧．高性 能 混凝 土及其 在 工程 中 的应用 [ M] ．北 京 ： 机 械工业 出版社 ， 2 0 0 7 ． [2 ]夏冬桃．混杂纤维增强 高性 能混凝 土深 梁抗 弯性 能试 验研究[ D ] ．武汉 ： 武汉 大学 ， 2 0 0 7 ． r 3]Xi e Y L，Ah ma d S H．S h e a r d u c t i l i t y o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms o f n o r ma l a n d h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e r J ] ．AC I S t r u c t u r a l J o u r n a l ， 1 9 9 4 ，9 1( 2 ) ：1 4 0 — 1 4 9 ． r 4 ]A h ma d S H，X i e Y L ．S h e a r d u c t i l i t y o f r e i n f o r c e d l i g ht we i ght c onc r e t e b e a ms o f no r ma l s t r e n gt h a n d hi gh s t r e n g t h c o n c r e t e [J] ． C e me n t a n d C o n c r e t e Co mpo s i t es ，1 99 5，17：1 4 7 — 1 59 ． [5]P a t e l V R，R a n a A，P a n d y a I I ．S h e a r s t r e n g t h o f po l yp r opy 1 e ne f i be r r e i n f or c e d c o nc r e t e mode r a t e de e p b e a ms wi t h o u t s t i r r u p s [ J ] ． J o u r n a l o f S t r u c t u r a l En g i n e e r i n g，2 0 1 1，3 7 ( 5 )：3 6 4 — 3 6 8 ． r 6]Ki m B H ，Yu n Y M．An i n d e t e r mi n a t e s t r u t — t i e mo d e l a nd l o ad di s t r i b ut i on r at i o f o r RC de e p be a m s 一 ( I )mod e l & l o a d d i s t r i b u t i o n r a t i o[ J ] ．Ad v a n c e s i n S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g，2 0 1 1 ，1 4 ( 6 )： 1 0 3 1 — 1 0 4 1 ． [ 7] L e e H K，C h e o n g S H，Ha S K． B e h a v i o r a n d p e r f o r m a n c e o f RC T— s e c t i o n d e e p b e a ms e x t e r n a l l y s t r e n g t h e n e d i n s h e a r wi t h C F R P s h e e t s [ J] ． Co mp o s i t e S t r u c t u r e s ，2 0 1 1，9 3( 2 ) ：9 1 1 — 9 2 2 ． [8 ]L e e H K，C h e o n g S H，Ha S K ．S h e a r b e h a v i o r a n d pe r f o r ma nc e o f de e p be a ms r e i nf o r c e d wi t h a ho ne y c omb s t e e l me s h [ J ] ． A d v a n c e s i n S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g ， 2 0 1 0， 1 3 ( 6 ) ： 9 8 9 — 9 9 9 ． [9] Ya n g K H．T e s t s o n l i g h t we i g h t c o n c r e t e d e e p b e a ms [ J 3 ．A C I S t r u c t u r a