钢纤维高强混凝土框架边节点核心区抗裂荷载的计算方法.pdf

2 0 1 5 年 第 9 期 (总 第 3 1 1期) Nu mb e r 9 i n 2 0 1 5 ( T o t a l N o 3 1 1 ) 混 凝 土 Con c r e t e 理论研究 THEORETI CAL RE S EARCH d o i ： 1 0 。 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 9 0 1 钢纤维高 强混凝 土框 架边节点核心 区 抗裂 荷载 的计算方法 张军伟 ，田向阳 ( 河南农业大学 基建处， 河南 郑州 4 5 0 0 0 2 ) 摘要 ： 通过对 9个钢纤维高强混凝土框架边节点试件在低周反复加载下的试验研究 ， 探讨了钢纤维体积率 、 梁端钢纤维掺加 范围、 柱端轴压比和配箍率等对边节点核心区斜截面抗裂荷载的影响。 结果表明， 随着钢纤维体积率、 轴压 比和钢纤维掺加范围 的增大 ， 钢筋钢纤维高强混凝土框架边节点抗裂荷载呈现增大的趋势。 随着配箍率的减小， 钢筋钢纤维高强 昆 凝土框架边节点 抗裂荷载呈现降低 的趋势。 并在普通混凝土框架边节点核心区斜截面抗裂荷载计算式的基础上， 提 出了钢纤维高强混凝土框架 边节点核心区斜截面抗裂荷载的计算式 ， 计算值与试验值 吻合较好。 关键词 ： 钢纤维高强混凝土 ； 框架边节点； 核心区； 抗裂荷载 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 9 0 0 0 1 0 4 Ca l c u l a t i n g me t h o d o f d i a g o n a l s e c t i on c r a c k i n gr e s i s t a n c e l o a d f o r s t e e l f i b e r r e i n f or c e d h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e f r a me e x t e r i o r j o i n t s ZHAN G J u nwe i，TI AN Xi a n g ya n g ( Ne w Ca mp u s Co n s t r u c t i o n He a d q u a r t e r s ， He n a n Ag r i c u l t u r a l Un i v e r s i t y， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 2， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： By s t u d y i n g t h e n i n e s t e e l fi b e r r e i n f o r c e d h i g hs e n g t h c o n c r e te f r a me e x t e rio r j o i n t s b y me a n s o f e x p e ri me n t a l i n v e s t i g a - t i o n wi t h th e l o w c y c l e l o a di n g me tho d， i t d i s c u s s e d t he i n f l u e n c e o f s t e e l fibe r v o l u me r a t i o， s t e e l fib e r a d d i tio na l r a n g e， a xi a l c o mp r e s s i v e r a t i o a n d s tir r u p r a t i o u po n t h e c r a c k i n g r es i s t a n c e l o a ds o f d i a g o n a l s e c ti o n Th e r e s ul t s h o ws t h a t wi t h t h e i n c r e a s e o f s t e e l fib e r v o l ume r a t i o o r a x i a l c o mpr e s s i o n r a ti o a n d s t e e l fib e r a d di ti o n a l r a ng e， e n ha n c e s th e c r a c kin g r e s i s t an c e l o a d o f the c o r e a r e a， wi t h t h e d e c r e a s e of s t i r r u p r a tio， d e c r e a s e s t h e c r a c kin gr e s i s ta nc e l o a d o f the c o r e a r e a Th e c a l c ul a tin g me t h o d of the c r a c k i n gr e s i s t a n c e l o a d s o f d i a g o n a l s e c t i o n o f s tee l f i b e r r e i n f o r c e d h i g hs t r e n g th c o n c r e t e fl a me e x t e ri o r j o i n t wa s p r o p o s e d b a s e d o n tha t o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e f r a me e x t e ri o r j o i n t ， the c a l c u l a t i o n r e s u l t s a n d t h e e x p e ri me n t a l r e s u l t s c o i n c i d e we l 1 K e y wo r d s： s t e e l fi b e r r e i n f o r c e d h i g hs tr e n g t h c o n c r e t e ： fla me e x t e rio r j o i n t s ； the c o r e a r e a ； c r a c kin gr e s i s t a n c e l o a d 0 引 言 在配筋密集 的框架 节点 区域 中掺人 钢纤维不 但可 以 显著增强其受力性能 ， 而且还能够明显改善节点区域 钢筋 的拥 挤状况 ， 降低 施工难度 ， 在高 强混凝土框架节 点 中掺 入钢纤维 已成为一种有效 的增强和增韧方 法受到 了极 大 的关 注。 但是 ， 国内外对 钢筋钢纤维高强混 凝土框架节点 抗裂性能的研究较少 。 因此 ， 本研 究通过 9个 钢筋钢纤维 高强混凝土框架边 节点试件在低 周反复荷 载作用 下 的试 验研究 ， 探讨了钢纤维体积率 、 梁端钢纤 维掺加范 围、 轴压 比和配箍率等对框 架边节点核 心区斜截面抗裂荷 载 的影 响 ， 并提 出了钢筋钢纤维 高强混凝土框架边 节点核 心区斜 截面抗裂荷载的计算式。 1试 验 概 况 选取承重框架 中间层端部上、 下 柱和梁反弯点之 问的 平 面组合体作 为试件模 型 ， 为实 际结构尺 寸的 1 2 。 按照 G B 5 0 0 1 0 -2 0 0 2 钢筋 混凝 土 结构 设计 规 范 的有 关规 定 ， 采用的试件尺寸 和配筋如 图 1 所示 。 试件制作时 的有 关参数稍有变化 ， 分析时以每个试件的实际参数为准。 试验主要考虑 了钢纤维 体积 率、 梁端 钢纤维 掺加 范 围 、 轴压 比和配箍率等试验参数的影响 ， 设计 了 A、 B 、 C和 D 四个 系列 ， 共计 9 个试件 ， 见表 1 。 节点核心 区及其梁端 1 2梁高范围内采用体积率为 1 的 C F 6 0钢纤维高强混凝 土 ， 其余部分用 C 6 0高强混凝 土。 试件 制作 时， 采 用钢锭 铣 削型纤维 ( A M1 0 4 3 2 6 0 0 ) ， 其长径 比为 3 5 - 4 0 、 等效 直径为 0 9 4 m m、 抗拉强度 7 0 0 MP a ； 4 2 5 级高强硅 酸盐 水泥 ， 细度模数为2 9 1 的中粗砂 ， 最大粒径2 0 m m、 连续级 配的石子； 减水剂为 J K H一 1 型粉状高效减水剂( F D N) ， 减 水率为 1 8 2 5 。 同时 ， 在制作时每个试件均分别预留混凝 土 和钢纤维混凝土材性试块各1 2 个 ， 用于测试试件的立方 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 1 0 9 基金 项 目 ： 国家 自然科 学基金( 5 0 6 7 8 1 5 9) ； 河南 省创新 型科 技人才队伍建设 工程 ( 0 9 4 1 0 0 5 1 0 0 0 9 ) 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图 1 节点试件的尺寸和配筋图 表 1 试件主要参数 注： h 为梁截面高度 ， h = 2 5 0 m m； 所有构件柱端钢纤维掺加范 围均 为 5 0 l i l l n 。 体抗压强度 、 轴心抗压强度、 劈拉强度 、 弹性模量和泊松比。 试验采用多通道 电液伺服动态疲劳试验系统进行梁 端低周反复加载， 柱端采用 固定在承力架上 的2 0 0 0 k N油 压千斤顶施加轴 向荷载 。 试验时先在柱顶用油压千斤顶对 试件施加轴向荷载直至达到预定 的轴压 比值 ， 并在试验过 程中保持不变 ， 然后 由梁端的电液伺服作动器施加低周反 复荷载 ( 或位移 ) 。 试验 的前两个循 环采用控制作 用力加 载 ， 其 中第一循环加 载至试件屈服荷 载计算值 的 7 5 ， 用 来模拟正常使用阶段的受力状况 。 由于研究 的重点在 于试 件的塑性变形阶段 ， 第二循环直接加载至试件屈 服状 态。 之后采用控制位移加载 ， 取梁端屈服时位移的倍数逐级加 荷 ， 在每一级位移值情况下循环 2次 ， 直至第 n次循环 的 极大荷载值低于最高荷载值的 8 5 左右 ， 试件破坏。 2 斜截面抗裂荷载的影响因素 钢筋钢纤维高强混凝土框架边 节点试件 的试 验结果 见表 2 。 可以看 出， 影 响钢筋钢 纤维 高强混凝 土框架 边节点斜截 面抗裂荷载的主要 因素除 了混凝 土强度 、 截面 尺寸外 ， 钢纤维体积率 、 梁端钢纤维掺加范围 、 轴压 比和配 箍率都是钢筋钢纤维 高强混凝土框架边节点斜截 面抗裂 性能的重要影响因素。 2 1 钢 纤维体积 率 钢筋钢纤维高强混凝土框架边 节点核心 区抗 裂荷载 与钢纤维体积率的关系如 图 2所示。 由图可见 ， 节点核心 区的抗裂荷载随钢纤维体积率 的增加呈现增大 的趋势。 这 是因为钢纤维对节 点核心区 内部 的微裂缝 和内部缺陷 的 发展具有明显的限制作用。 ， 表2节点试件试验结果 2 20 2 1 5 2 1 0 z 2 00 1 95 1 9 0 A 一 2 BI 1 5 一 Z B 图 2 抗裂荷载与钢纤维体积率关系 2 2 轴 压 比 钢筋钢纤维高强 混凝土框架边节点核 心 区抗裂 荷载 与轴压 比的关系如图 3所示 。 由图可见 ， 节点核心 区的抗 裂荷载随着轴压 比的增加 而逐渐减小。 这是因为增大柱端 轴 向荷载的作用 ， 增强 了对节点 区域 混凝 土 的约束 作用 ， 从而提高了节点核心区的抗裂性 能。 2 1 4 图3抗裂荷载与轴压比关系 2 3 配 箍 率 钢筋钢纤维高强混凝 土框架边节点核 心区抗裂荷 载 与配箍率 的关系如 图 4所示 。 由图可见 ， 节点核心 区的抗 裂荷载随着配箍率的减小呈现降低的趋势 。 这是 因为水平 箍筋对节点核心区混凝土 的约束作用 ， 以及水平箍筋依靠 其拉力直接承担部分节点剪力作用 ， 从而提高 了节点核心 区的抗裂性能。 Al A一 2 图4抗裂荷载与配箍率关系 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 4 钢 纤维掺加 范 围 钢筋钢纤维高强混凝 土框架边节 点核心 区抗 裂荷载 与配箍率的关 系如 图 5所示 。 由图可见 ， 节点核 心区的抗 裂荷载随着梁端钢纤维掺加范围的增大呈现增大的趋势 。 2 O1 1 99 图 5 D一1 D 一 2 抗裂荷载与钢纤维掺加范围关系 3 边 节 点核 心 区斜 截 面抗 裂荷 载 的计 算 方 法 如图 6 所示 ， 由材料力学主应力计算式得 ： = ( 22 2 ( 1 ) ， 一 则 ： r y ： 一 1 ( + y ) + y ( 2 ) 对 于 节 点 核 心 区 进 行 受 力 分 析 ， 则 由 f x 最， = ， = 0 ， = = 可以求得 ： ( b ) 图6单元体与应力圆 式 中： 节点核心 区开裂荷载 ； 节点核心区的混凝土抗拉强度 ； 节点柱端的混凝土抗压强度 ； n 柱端轴压 比； b j 节点核心区截面的宽度 ； h j 节点核心区界面的高度。 由于梁端弯矩的作用， 节点核心区并非完全处于剪切 状态 ， 而式 ( 3 ) 没有考虑柱端弯矩所造成的影响。 文献 5 表明箍筋对钢纤维混凝土节点抗剪初裂强度影 响不大 ， 仅 为全部抗剪初裂强度 的 2 - 5 ， 可以忽略不计 。 而本研究 利用抗 剪初裂影响系数 考虑 了梁端 弯矩和箍筋对抗剪 初裂荷载 的影 响 ， 对式( 3 ) 的计算结果进行修正 ， 故普通混 凝土框架边节点的开裂荷载可 以用下式求得 ： 厂 = b h 。 1 + ( 4 ) V t 在节点核心区掺 入钢纤维对控 制核心 区混凝 土 的开 裂具有显著作用 ， 因为钢纤维混凝土 中乱向分 布的短纤维 阻碍了混凝土 内部微裂缝 的扩展和阻滞 了宏 观裂缝 的发 生和发展 ， 从而改善 了混凝 土抗拉性能。 对 于钢纤维 高强 混凝土边节点核心区的开裂荷载 ， 参照普通混凝 土框架边 节点开裂荷载的计算式取为 ： 厂 v j = 扫 J h J 1 + ， z 。 ( 5 ) V J f t 利用 本研究 的试验 研究结 果 ， 通 过数值 回归分 析得 到 ： = 0 8 9 。 因此 ， 钢 纤维高强混凝 土框架节点核 心 区抗 剪承载力计算式为 ： b j h j N l + t ( 3 ) l 、 2 ， c z ，( 。 r 甲 一 | o 1 Ill B ( 一 t V j ,f c r 0 8 9 f t b j h j X f fc ( 6 ) 表 3 列 出了钢筋钢纤维高强混凝 土框架 边节点开裂 荷载理论值与试验值 的比较情况 。 试验值 与理论值之 比的 表3开裂荷载理论值与试验值的对比 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 平均值为 0 9 9 7 ， 均方差为 0 0 8 9 ， 变异系数为 0 0 8 9 。 利用本研 究 以及 文献 6 和文 献 7 的试验 研究 结 果 ， 通过数值回归分析得到 ： 口= 0 6 9 。 因此 ， 钢纤维混凝土 框架节点核心区抗剪承载力计算式为 ： 厂 ， = 0 6 9 f f, b J h J 1 + ，z ( 7 ) V Jn 表 3列出了钢筋钢纤维混凝 土框架边节 点开裂荷 载 理论值 与试验值的 比较情况。 试验值与理论值之 比的平均 值为 1 0 0 2 ， 均方差为 0 2 6 3 ， 变异系数为 0 2 6 2 。 离散较 大 的主要原因是参考文 献所用试件为钢纤 维混凝土框架边 节点 ， 其强度低于 C 5 0 。 4结 论 ( 1 ) 钢纤维体积率 、 轴压 比和配箍率都 是影响钢筋钢 纤维高强混凝土框架边节点核心 区抗裂性能的重要 因素。 随着钢纤维体积率 、 轴压 比和钢纤维掺加 范围的增大 ， 钢 筋钢纤维高强混凝土框 架边 节点抗裂荷载 呈现增大 的趋 势。 随着配箍率的减小 ， 钢筋钢纤维高强混 凝土框架边节 点抗裂荷载呈现降低的趋势。 ( 2 ) 在试验研究 的基础上 ， 参照普通混 凝土框架边节 点核心 区斜截面抗 裂荷载计算式 ， 提 出了钢纤维高强混凝 土框架边节点核心区斜截面抗裂荷载的计算式， 计算值与 试验值吻 合较好 。 参考文献 ： 1 张军伟， 王廷彦 冈 筋钢纤维高强混凝土框架边节点抗震性能 试验研究和有限元分析E J 3 混凝土， 2 0 1 1 ( 4 )： 3 3 3 7 2 张军伟， 王廷彦 钢纤维局部增强高强混凝土框架边节点抗震 性能试验研究 J 混凝土 ， 2 0 1 1 ( 7 ) ： 1 3 1 6 I- 3 Z王廷彦， 李长永， 张军伟 钢纤维高强混凝土框架边彳 j 惠抗震 性能研究 J 混凝土， 2 0 1 1 ( 9 ) ： 3 2 3 5 4 张军伟 钢纤维混凝土边节点和牛腿受力性能研究 D 郑州： 郑州大学 ， 2 0 1 0 5 3唐九如 钢筋混凝土框架节点抗震 M 南京： 东南入学出融 社 ， 1 9 8 8 6 魏林， 郑七振沼B 震蒙 钢纤维混凝土框架节点抗裂强受蜩 究 J 上海理工大学学报 ， 2 0 0 4 ， 2 6 ( 2 ) ： 1 5 51 5 9 7 唐九如， 杨开建， 周起敬 钢纤维混凝土对框架节点性能的改 善I- J 建筑结构学报 ， 1 9 8 8 ( 4 ) ： 3 7 4 4 第一作者： 张军伟( 1 9 8 0 一) ， 男 ， 博士 ， 主要从事纤维夏合材料增 强混凝土结构性能研究及工程管理。 联 系地址： 郑州市农业路 6 3号 河南农业大学龙子湖校区建设也 挥部( 4 5 0 0 0 2 ) 联 系电话 ： 1 3 8 3 7 1 9 9 8 0 2 t ptj 0 t ， p t ， _ ，、 福建互联网 +助力预拌混凝土生产质量监管 为加强预拌 昆 凝土质量监管 ， 福建省住房和城乡建设厅于 2 0 1 4年起建立 了“ 福建省预拌商品混凝土质量动态远 监管平 台” ， 利用“ 互联 网 ” 技术实现对 全省预拌混凝土生产质量的大数据监管 ， 提高了管理效率。 该平台通过在预拌混凝土生产线安装自主研发的数据采集仪， 采集生产线计量传感器信号， 自动实时采集水泥、 掺 合料、 砂石、 水等原材料的生产投料数据， 并通过互联网上传至监管平台， 各级监管部门、 施工等各方责任主体以及预拌 混凝土企业均可从监管平台中查看采集到的数据 ， 从 而对 预拌混凝土企业形成强大的威慑力 ， 对加强监管 、 促进各方 强预拌混凝土质量管理 ， 确保工程结构安全起 到重要的作用。 自2 0 1 4年监管平台投入使用以来 ， 福建全省共采集近 3 0 0 0万盘共计约 8 0 0 0万立方米 的预拌混凝土原材料生产投 料数据 。 通过数据分析 ， 福建省每季度对质量管理较差 的预拌混凝土企业予以通报批评 。 近 日， 该厅根据第二季度通报情 况 ， 约谈了 2 0 1 5年上半年水泥和掺合料生产投料负偏差超过规范规定 的比例最高的 1 0家企业 ， 要求其从厂区标准化建 设 、 试验室质量保证体系、 原材料质量把关 、 生产设备维护保养等方面加强管理 ， 限期改正 ， 确保预拌混凝土生产质量。 被 约谈企业如果 2 0 1 5年度水泥和掺合料生产投料负偏差超过规范规定 的 比例排名仍在全省前 5名 ， 该厅将把他们列入 名单 ， 限制其 向国有投资房屋和市政工程供应商 品混凝土 ， 并对其实施重点监管。 、 、 、 、 、 、 。 、 、 = p 广k l1 严查预拌混凝土原材料 记者 E l 前从广州市散装水泥办获悉 ， 该办对全市预拌混凝 土企业开展 预拌混凝土诚信检查活动 ， 严查预拌混凝土 材料 。 据了解 ， 此次检查对全市 1 1 7家预拌混凝土企业原材料进行“ 地毯式” 检查 ， 抽检 了水泥 、 砂 、 碎石 、 粉煤灰 、 矿渣粉 、 外加剂等 6 种原材料 ， 共抽取在生产预拌混凝土企业送检样品 6 1 6 组 。 整个过程从 抽样 、 编样 、 送检 、 出报告 ， 由多家单位 合作完成， 采用全程盲检、 交叉检测的方式确保检验结果公平公正。 检查发现， 1 家原材料供应商生产的矿渣粉样品不合 格 ， 列入不合格原材料名录。 一 预拌混凝土使用合格 的原材料是确保质量安全 的重要 因素。 据介绍 ， 散装水泥办采取 “ 三措施 ” 严把混凝土原材料质 量关 ： 一是将原材料质量直接与供应商 、 预拌混凝土企业 的诚信评价体系关 联 ， 形成 闭合的原材料监管机制 ， 每年不少于 2次对混凝土企业 的原材料监督抽检 ， 建立检查台账 ， 记 录每个 企业不 同原材料 的抽 检情况 ， 定期通报原材料 不合格名 录； 二是指导混凝土协会编制 商品混凝土合同备案制度 ， 杜绝各混凝土企业恶意竞争， 扰乱混凝土市场秩序。 三是预拌 混凝土生产实 时监控系统 ， 实现混凝土企业原材料进场入库全纪录， 实现远程监控试验室 ， 进一步规范行业管理。 d 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m