多层纤维编织网增强混凝土梁的挠度计算.pdf

第 1 4卷第 1 期 2 0 1 1年 2月 建筑材料学报 J OURNAL 0F B UI LDI NG MATE RI AL S Vo 1 1 4。 No 1 Fe b ， 2O 11 文章编号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 1 ) O 1 0 0 1 4 0 8 多层纤维编织网增强混凝土梁的挠度计算 尹世 平 ， 徐 世 琅 。 ， 王 楠 。 ， ( 1 中国矿业大学 力学与建筑工程学院， 江苏 徐州 2 2 1 1 1 6 ； 2 大连理工大学 土木工程学院， 辽宁 大连 1 1 6 0 2 4 ； 3 浙江大学 建筑工程学院 ， 浙江 杭州 3 1 0 0 5 8 ；4 大连建筑科学研究设计院 ， 辽宁 大连 1 1 6 0 2 1 ) 摘 要 ： 基 于混 凝土 结构 的抗 弯设 计 理 论 ， 忽略 非 受 力 纤 维的 影 响 ， 采 用 由纤 维 编 织 网增 强混 凝 土 ( T R c)薄板单轴拉伸试验确定的纤维束的拉伸应力一 应 变关 系， 对环氧树脂浸渍过 的纤维编织网 增强细粒混凝土的抗 弯计算理论进行 了研 究 结果表 明： 细粒混凝土抗压应 力一 应 变上升段采 用 GB 5 0 0 1 0 - 2 0 0 2 混 凝土 结构设 计规 范 建议 的模 型即可 获得 理 想的 计 算结 果 ； 不 同的 布设 层数 对 构 件 开裂 前的 刚度影 响不 明显 ， 开 裂后 刚度 随 着 布设 层 数 的增 多而 变 大 ； 适 当改 变细 粒 混凝 土 的 抗压强度和极限荷载压应变对计算结果影响不大 无论布设几层网， 开裂前， 计算值和试验值几乎 一 致 开 裂后 ， 对 于二 层 网和三层 网增 强的 小 梁 ， 其 计 算值 和 试 验值 的 变化 趋 势基 本一 致 ， 说 明该 计算模 型 可用 于环氧 树脂 浸 渍过 的 纤维 编织 网增 强细粒 混凝 土构件 的设 计计 算 关键词 ：纤维 编 织网增 强混凝 土 ；梁 ；抗 弯性 能 ；计算理 论 ；多层 ；环氧 浸渍 中图分类号 ： T U5 2 8 5 7 2 ；T U3 1 7 1 文献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 1 0 1 0 0 4 De f l e c t i o n C a l c u l a t i o n o f Mu l t i - l a y e r T e x t i l e Re i n f o r c e d C o n c r e t e ( T R C) N Shi pi n g ，X U Shi l ang ，W AN G Nan。 ， ( 1 S c h o o l o f Me c h a n i c s& C i v i l E n g i n e e r i n g，Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d Te c h n o l o g y ，Xu z h o u 2 2 1 1 1 6 ，C h i n a ； 2 De pa r t me nt of Civi l Eng i ne e r i n g，Da l i a n Uni ve r s i t y of Te c hn ol o gy，Da l i a n 1 1 6 02 4，Ch i n a； 3 C o l l e g e o f Ci v i l En g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e ，Z h e j i a n g Un i v e r s i t y ，Ha n g z h o u 3 1 0 0 5 8； 4 Da l i a n Re s e a r c h& De s i g n I n s t i t u t e o f B u i l d i n g S c i e n c e Da l i a n 1 1 6 0 2 1 Ch i n a ) Ab s t r a c t ：I g no r i ng t he i n f l ue nc e o f no n b e a r i ng f i be r a n d a d op t i n g t e n s i l e s t r e s s s t r a i n r e l a t i on s hi p r e i n f o r c e d c o n c r e t e o b t a i n e d f r o m u n i a x i a l e x t e n s i o n t e s t o f TRC t h i n p l a t e s ， a n d b a s e d o n t h e b e n d i n g d e s i g n t he o r y o f r e i n f o r c e d c o nc r e t e e l e m e n t s ， t he f l e x ur a l s t r e ng t h c a l c ul a t i o n t he or y o f f i ne gr a i n e d c on c r e t e r e i n f o r c e d wi t h e p o x y r e s i n i mp r e g n a t e d t e x t i l e wa s s t u d i e d Th e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t s a t i s f a c t o r y c a l c u l a t e d v a l u e s c a n be ob t a i ne d whe n t h e mod e l p r op os e d by t he Ch i ne s e S t a n da r d ( GB 5 0 01 O 一 2O O 2) i S u s e d f or s i mu l a t i n g t h e a s c e n d i n g s e g me n t o f c o mp r e s s i v e s t r e s s s t r a i n c u r v e o f f i n e g r a i n e d c o n c r e t e ；t h e e f f e c t o f t h e n u mb e r o f t e x t i l e l a y e r s o n t h e s t i f f n e s s o f c o mp o n e n t s i s n o t s i g n i f i c a n t b e f o r e c r a c k i n g ， b u t t h e s t i f f n e s s be c o m e s gr e a t e r wi t h t he i n c r e a s e i n t h e numb e r o f t e x t i l e l a y e r s a f t e r c r a c k i ng；a p pr o pr i a t e c ha n ge s i n t h e c o mpr e s s i v e s t r e ng t h o f f i n e gr a i n e d c o nc r e t e a nd t h e c o mpr e s s i v e s t r a i n t o r e a c h u l t i ma t e l o a d ha v e n o s i g n i f i c a n t i n f l u e n c e o n t h e o r e t i c a l v a l u e s F u r t h e r mo r e ， b e f o r e c r a c k i n g， t h e t h e o r e t i c a l c u r v e s a r e we l l i n a c c o r da n c e wi t h t he e xp e r i me n t a l r e s u l t s r e ga r d l e s s of t he nu mbe r o f t e x t i l e l a ye r s Af t e r c r a c k i ng， f or t h e s ma l I b e a m s r e i n f o r c e d wi t h t wo o r t hr e e l a y e r s o f t e x t i l e。 c ompa r i s o n be t we e n t he c a l c ul a t e d a n d t h e e x pe r i me nt a l r e s u l t s r e v e a l s s a t i s f a c t o r y a gr e e me n t a nd t hu s i t i s p r o v e d t ha t t he f o r mul a e c a n b e u s e d f o r 收稿 日期 ： 2 0 0 9 0 9 2 5 ；修订 日期 ： 2 0 0 9 1 2 - 2 3 基金项 目： 国家 自然科学基金重点项 目( 5 0 4 3 8 0 1 0 ) 第一作 者： 尹世平 ( 1 9 7 8 一) ， 男 ， 山东高密人 ， 中国矿业大学讲师 ， 博士 E - ma i l ： y i n s h i p in g 7 8 0 8 y a h o o c o rn C F l 通信作者 ： 徐世娘 ( 1 9 5 3 一) ， 男 ， 大连理工大学浙江大学求是特聘教授 ， 博士生导师， 博士 E - ma i l ： s l x u z j u e d u c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 尹世平 ， 等 ： 多层 纤维编织 网增强混凝土 梁的挠度计算 t he d e s i gn o f f i n e gr a i n e d c on c r e t e r e i nf or c e d wi t h e p ox y r e s i n i m p r e g na t e d t e x t i l e Ke y wo r d s ：t e x t i l e r e i n f o r c e d c o n c r e t e ；b e a m；f l e x u r a l b e h a v i o r ；c a l c u l a t i o n t h e o r y；mu l t i l a y e r ；i mp r e g na t e d wi t h e po xy r e s i n 纤维 编织 网增 强 混凝 土 ( t e x t i l e r e i n f o r c e d c o n c r e t e ， TR C )是一 种 结 合 了短 切 纤 维 增 强 混 凝 土 和 普通钢筋混凝土二者优点的复合材料_ 1 由于所采 用 的纤维 材料 ( 如 耐碱 玻 璃 纤 维 、 碳 纤 维 、 芳 族 聚 酰 胺 纤 维 、 玄武 岩纤 维等 )具 有 耐腐 蚀 性 ， 可 以不再 需 要 防止化学侵蚀 的混凝土保护层 ， 结构单元 的厚度 主要 依赖 于增 强 纤 维 必 需 的 锚 固厚 度 ， 所 以这 种 新材 料尤 其适 用 于轻 质 的结 构 _ 3 ； 且 能用 于 厚度 仅 有 1 0 2 0 mm 的结 构 构件 ， 这 是 钢筋 混凝 土 材料 所 不能做到的 而且它们特别高的比强度 ， 使得其所 在 的建筑 结 构方 案 既 可 行 又 具 有更 好 的经 济 性 尽 管有 这些 优 点 ， 直 到 现 在 T RC也没 有 被 推 广 应 用 ， 主要 原 因是 缺乏 TR C的设计 计 算标 准 关 于 TR C理 论计 算 的研 究 国外 学 者 作 了 大量 的工作 ， 其研究理论基本都是针对未经过聚合物处 理 的纤维 编 织 网增 强 的构 件 ， 而 对 T RC构 件受 弯性 能全过程的分析都是基 于数值 的方法 文献 2 ， 6 8 采用数值的方法对 TR C的力学行为进行了研究 ， 其 中文献E 2 基于微观和细观的分析 ， 模拟了 TR C薄 板的单轴张拉 ； 文献 6 考虑 了纤维束和基体材料 的 界面特性 ， 模拟了 TR C薄板的单轴张拉 ； 文献 7 考 虑 了水 泥基材 料不 能 完全进 入 到纤 维束 内部 这种 特 殊的边界状态， 模拟 了单轴张拉和 四点弯曲试验 的 受力 过程 ， 模 拟结果 和 试验 数据 吻合 得 比较好 ； 文 献 8 基于微观和细观的分析 ， 采用各 向异性损伤模 型 模拟了工字型粱四点弯曲的荷载变形行为 文献E 9 - 1 1 采用 解 析 的方 法 对 T R C 的 力 学 行 为 进 行 了研 究 ， 其中文献I- 9 应用复合材料层合板 理论 ， 考虑了 基体、 织物、 界面的性能和损伤参数的影响， 模 拟了 织物增强复合材料的单轴张拉行为 ； 文献 1 0 1 1 基 于 著名 的 AC K 模 型 ( 由英 国学 者 Av e s t o n ， C o o p e r 与 Ke l l y最 先提 出 ) ， 通过 一个 两 参 数 韦 布尔 分 布 函 数考 虑 了基 体 材 料 张 拉 强 度 的 随 机 特 性 ， 模 拟 了 TR C构 件 的应 力 应 变 行 为 ， 能较 好 预 测 试 验 结 果 文献 3 ， 1 2 1 3 基 于试 验结果 和理论 研究 ， 给 出了 T RC构件单轴拉伸 、 弯曲和剪切承载力 的设计计算 公式 ， 但相关 的关键参数仅仅局 限于文献研究的几 种纤 维 国 内在 TR C构 件计 算 理 论 的研 究 方 面 相对 比 较薄弱 文献 4 基于 R C结构 的设计计算理论 ， 探 讨了 TR C受弯构件承载力的计算 ； 文献 1 4 简单地 探讨 了影响 T RC薄板极限荷载的因素 ； 文献E 1 5 根 据 R C结 构计 算 方 法 ， 计 算 了碳 纤 维 格 栅 增 强 小 梁 的极限承载力 ， 与试验值差别较大 不 同 于 已有 的研 究 成 果 。 ， 本 文 采 用 解 析途 径探讨 了经过 聚合 物处 理 的纤维 编织 网增 强 受 弯构件的计算理论 ， 并给 出了受力全过程 的分析方 法 ； 不同于文献 4 简单采用混凝土的设计模型和纤 维纱 线 的材料 拉 伸 本 构 ， 本 文 采用 试 验 测 定 的细 粒 混凝土的力学参数和 T RC薄板单轴拉伸试验确定 的纤维编织网的合理拉伸本构， 模拟了 TR C受弯矩 形小 梁 的受力 全过 程 1 分析理论 1 I 基本 假 定 对纤 维编 织 网增强 细粒 混凝 土受 弯构 件进 行 分 析计 算时 ， 作 如下假 定 ： ( 1 ) 变形 后截 面仍 保持 平 面 ； ( 2 ) 不 考 虑纤 维 编 织 网 和细 粒 混 凝 土 之 问 的相 对 滑 移 ， 应力应 变连续 ； ( 3 ) 忽 略非受 力纤 维 的影响 ； ( 4 ) 纯 弯段任一截面 细粒t 昆凝土和纤 维网的应变分 别相 等， 即截面曲率在纯弯段不变 ； ( 5 ) 曲率在整个跨度 上 是 和弯 矩一 一对 应 的 1 2材 料 的本构 模型 1 2 1 细粒 混凝 土 的抗 压本 构 关系 由于 本文 采用 的细 粒 混 凝 土 中 没 有粗 骨料 ， 细 骨料 的最 大 粒径 为 1 2 mm， 所 以用于普 通 混凝 土的 抗压 本构 模 型能 否 用 于 细 粒 混凝 土 的受 弯 计 算 ， 需 要通 过理 论计 算 来 选 择 合适 模 型 本 文对 细 粒 混 凝 土 的抗压 上 升 段选 择 了 3个 典 型 模 型口 。 ， 达 到 极 限荷 载应 变 后 ， 采 用 一 水 平 段 ， 模 型 中采 用 无 量 纲 坐标 ： 一 ， 一 7O c ， N 一 E ( 1) 式 中 ： 为混 凝 土 棱 柱 体 抗 压 强 度 ； 为。 混凝 土 的 压应 力 ； 。 ， 分 别 为 与 和 口 。 对 应 的 应 变 ； E 。为 混凝 土初 始 弹性模 量 ； E 为 峰值 应力 处割 线模 量 模 型 ： 2 32 - g72 三 。 c2 模 型 2 C1 7 ： y 一+ 3 2 N + N 一 2 。 l 一1 0 1 ， 一 1 72 e 。 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑材料学报 第 1 4卷 艟 刑 J 一 2一 ) x 0 z 模 型3 18 ： 1 + ( N 一 。 一 【 Y一 1 1 z e 0 ( 4 ) 式 中 为极 限压应变 1 2 2 纤维编织网的拉伸本构关系 纤维编织网自中国航天科技集团公司提供 ， 其 经向和纬向分别采用无碱玻 璃纤维束和 T 7 0 0 S碳 纤维 束 ， 为 二维 缝编 织 物 ， 其 网格 间距 为 1 0 mm， 纬 向碳纤维束 作为受 力纤维束 根据文 献 1 9 2 1 建 议， 在纤维束埋入混凝 土之前， 应该用环氧树脂将其 浸渍并进行表面粘砂处理， 可提高纤维束的受力性能 和改善其与基体材料的界面性能 参考 G B T 3 3 6 2 2 0 0 5 碳纤维复丝拉伸性能试验方法 ， 测定试验所 用环氧树脂浸渍后碳纤维束 的力学性 能， 如图 1所 示 然而 ， 当纤维编织网埋入混凝土后 ， 碳纤维束 的 应 力一 应 变关 系将 受 到 混凝 土 的 影 响_ 2 本 文 通 过 单独的薄板试件单轴拉伸试验的结果 ， 可将构件中 纤 维束 的应力 一 应变 关 系简化 为 图 2的形 式 由于 混 凝土的约束作用 ， 单独承载前纤维束 的刚度较纤维 束埋人混凝土前的高 图 1 单根纤维束的张拉应力一 应变关系 Fi g1 St r e s s s t r a i n r e l a t i o n s hi p f r o m s i ng l e y a r n t e n s i l e t e s t s 图 2所示 的应 力一 应 变关 系 的本 构如 下 ： 图 2 由 T R C薄板试件单轴张拉试验获得 的纤维 束应力一 应变关 系 Fi g 2 St r e s s s t r a i n r e l a t i o ns hi p f r om u ni a xi a l e x t e ns ion t e s t s o f TRC t hi n p l a t e s pe c i m e n s 一 f 0 f f y 一 f v f t f f y 一 + ( f 一 G f y ) E f y f t e f 一 f y 十 f t 一 y 式 中 ： ， e 分 别 为 细 粒 混 凝 土 的 张 拉 应 力 、 张 拉 应 变 t。 为与 抗拉 强度 厂 对应 的极 限拉 应 变 1 3 T R C梁跨 中最 大挠 度 的计 算 忽 略 由于裂缝 之 间的细粒 混凝 土承 受一 些拉 力 导致构件刚度增大的影响以及 由剪力导致的斜拉裂 缝 和 由纤 维 编织 网 的黏 结 滑移 所 引 起 的 附加 变 形 根据文献 2 3 中采用弯矩面积法计算直杆弯曲变形 时挠度的理论 方法 ， 在 此采 用弯 矩一 曲率 ( M- c )曲线 上 的散点来计算 弯 曲梁 的跨 中最大 挠度值 试件 尺寸 为 4 8 0 mmX 1 0 0 mmX 1 0 0 mm， 计算 跨度 为 3 8 0 mm， 采用四点弯曲试验， 加 载点之间的距离为 1 0 0 mm， 如 图 3 图 3 弯 曲试验装置 Fi g 3 Sc he ma t i c o f t e s t s e t up f or f o ur po i nt be n di n g t e s t ( s i z e ： mm) C点 最大 挠度 可 由式 ( 7 ) 获得 ： 一 r ( r ) d ( 7 ) 式中： 跨 中 C处最大挠度 即为 AC段 曲率对于过 A 点竖轴的面积矩 ； ( r )为距离 C点 r处 的曲率 由于高性 能 的细粒 混凝 土具 有很好 的 自密 实 能 一 白 甚I I 占 一 一 I 1 日 崮 口 一 口 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 尹世平 ， 等 ： 多层 纤维编织 网增强混凝土梁 的挠度计算 力 l 4 ， 因此 可 以先把 纤 维编 织 网按 等 间距 ( 8 mm) 固 定到木模上 ， 最 外层 纤维 编织 网 的保护层 厚度 为 5 mm； 然后浇注一部分 细粒混凝土 ， 在振动台上轻 微振动以保证细粒混凝 土与纤维束能 良好接触； 最 后 浇注剩 余 部分 的细 粒 混 凝 土 ； 试 件 表 面覆 薄 膜 并 在 室温下 养 护 2 4 h后 ， 拆模 送 人标 准 养 护 室 中养 护 至 2 7 d 1 4计 算过 程 无论 是细 粒混凝 土被压 溃还 是纤 维编 织 网被 拉 断 ， 都 可 以根据 截 面力 和 弯 矩 的平 衡 方程 来 确 定 设 计 的控制参数 已知截面高度 h和宽度 b ， 细粒混凝 土 的抗 压 强度 - 厂 和对 应 的压应 变 e 。 ， 纤 维 编织 网的 布 设层 数 及 极 限抗 拉 强度 和 极 限 拉 应 变 假 定 受 压 区高度 为 h ， 梁 受拉 区底 面 的应 变为 ， 根 据平 截 面假 定 ( 见 图 4 ， 5 ) ， 可 确 定 顶 层 混 凝 土 的 压 应 变 和 纤 维 编织 网 的拉应 变如 下 ： 巨 ( a ) S e c t i o n ( b ) S t r a i n ( c ) S t r e s s 图 4构件开裂前示 意图 F i g 4 S c h e ma t i c d i a g r a m o f c o mp o n e n t b e f o r e c r a c k i n g ( a J S e c t i o n 【 b J S tr a i n 【 c ) S tr e s s 图 5构件开裂后示意 图 Fi g 5 Sc he ma t i c d i a gr a m of c omp o ne nt a f t e r c r a c ki ng e c一 e t ( 8 ) 一 e 一 t L 给定某 一 e ， 由截 面力和 弯矩 的平衡 方 程式 ( 1 0 ) 和式( 1 2 ) 即可求解 h 和截面弯矩 M z 出 一 c z 出 一 奎 一 。， i 式( 1 0 ) 中 ( z ) 为细粒混凝土的压应力函数 ( ) 为细粒 混凝 土的拉 应 力 函数 ； h 为受 拉 区 高度 ， 由式 ( 1 1 ) 确定 O f 为纤维束的拉应力； A 为每层纤维束的 总截面积 f h 一 hh 0 o J ( 1 】 ) l h t ： = ： 三 o a Af ( f ! 一h 。 )一 M ( 1 2 ) i 式 中 ： h 为 第 i 层 纤 维 编织 网合 力 作 用 点 到顶 层 混 凝土的距离 ， 当 e 一e 。 时 ， 可得到开裂弯矩 Mc 整个 计 算过 程通 过 Ma t l a b编 程来 完成 ， 按一 定 的数量 级增 加 ， 在关键 点适 当加密 ， 即可 以分 析构 件 的整 个受 力过 程 2 计 算结果及分 析 细粒混凝土的单轴受压应力一 应变关 系及相关 的力学参数可参见文献 2 4 ， f c 处的极 限荷载应变 e 。 =0 0 0 3 0 4 ， 极 限 压 应 变 取 为 一0 0 0 3 8 ( 由 。 除以 0 8得到) E Z 5 3 单独试验测得的细粒混凝土 2 8 d 抗压强度 f c 一5 5 MP a ， 抗拉强度 _厂 t 一2 5 MP a ， 其 对 应 的拉应 变取 为 f 0 0 0 0 0 1 2 1不 同抗压本 构 模型 的影 响 根 据上 述分 析 理 论 ， 研 究 了不 同 的混 凝 土 受 压 本构模型对计算结果的影响， 结果如图 6 由图 6可见 ， 不 同 的混 凝 土抗 压本 构 模 型对 计 算 结果影 响 不大 在 同样 的荷 载水平 下 ， 模型 1的挠 度计算结果最小 ， 模型 2和模型 3的计算结果几乎 完全一致 但是在计算过程 中， 由于模型 3的分母上 有未知数 ， 积分计算的解析公式非常繁琐 ， 不便 于工 程 人员 的应 用 同理 ， 模型 2中多项 式 的形式 和参 数 N 的存在， 也 给解析公式的计算带来不便 ， 而模型 1 形 式 简单 ， 计 算 结 果较 理 想 ， 因而 ， 后 面 的理 论 分 析 都采 用模 型 1来进 行 2 2 不 同布设层 数 的影 响 图 7给 出 了不 同 布 设 层 数 对 纤 维 编 织 网 增 强 小 梁 受力 性 能 影 响 的计 算 结 果 由 图 7可 见 ， 在 出 现第 1条宏观裂缝之前 ， 这 3种布设层数 的计算结 果几乎重合 ， 说 明在 一定 配 网率 下开 裂前 纤维 编 织 网对构 件 的 刚 度 几 乎 没 有 影 响 这 可 能 是 由 于 纤 维 编 织 网截 面 积 相 对 于 构 件 截 面 积 较 小 的 缘 故 开 裂 后 ， 随 着 布 设 层 数 的 增 加 ， 可 以 更 好 地 约 束住 细粒混凝 土 的裂缝 发展 ， 因此 在 同样荷 载水 平 下构 件 变 形 更小 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 建筑材料学报 第 1 4卷 M i d s pa n d e fle c t i o n mm ( a ) O n e l a y e r o f t e x t i l e Mi d s p a n d e fle c t i o n mm ( b ) T wo l a y e r t e x t i l e s O 0 ( C ) T h r e e l a y e r t e x t i l e s 图 6 不 同层数纤维编织 网增强小梁荷载与挠度曲线 Fi g 6 Loa d s mi d s p a n d e f l e c t i on c ur v e s o f s mal l b e a m r e i n f or c e d wi t h di f f e r e nt l a ye r t e xt i l e s 互 害 图 7不 l司布设 层 数 增 强 小 梁 的 衙 载一 挠 度 曲线 Fi g 7 Lo a d W S mi d s p a n d e f l e c t i o n c ur v e s o f s ma l l b e a m r e i n f o r c e d wi t h d i f f e r e nt l a y e r s o f t e x t i l e 2 3不 同极 限荷 载应 变 s 。的影响 仅对 3 层 网增强小梁 的情况进行 了计算分析 ， 其不 同极 限荷 载应 变 e 。 下 的结 果 如 图 8所 示 由图 8可见 ， 不 同极 限荷 载 应 变 e 。 对 理 论 分 析 结果 的影 响 不 明显 随着 e o的增 大 ， 荷 载 有 变 小 而 挠 度 有 变 大 的趋势 ， 与 实际e 。 一0 0 0 3 0 4相 比 ， 极 限荷 载 和挠 度 的最 大误 差分别 为 0 8 和 2 4 图 8不 同 。 F小 梁 的 荷 载一 挠度 曲线 Fi g 8 Lo a d mi d - s pa n de f l e c t i o n c ur ve s o f s ma l l b e a m wi t h d i f f e r e n t 0 2 4不 同抗压 强度 的影 响 同样 ， 对 3层网增强小梁的情况进行 了计算分 析 ， 其不同抗压强度下的计算结果如图 9所示 由图 9可见 ， 不 同的抗 压强 度 厂 对 理 论分 析 结 果 的影 响 不大 比较 发现 ， 随着 的减 小 ， 荷 载有 变小 而挠 度 有变大 的趋 势 ， 而与实 际 一5 5 MP a 相 比， 极 限荷载 和挠度 的最大误差分别 为 1 0 4 和 1 3 5 至 g M i d s p a n d e f l e c t i o n mm 图 9 不同 下小粱 的荷载一 挠度 曲线 Fi g9 Lo a d V S mi d s p a n d e f l e c t i on c u r v e s o f s ma l l b e a m wi t h d i f f e r e n t f0 3 试验值和计算值的 比较 同样规 格 的试 件 有 3个 ， 配 网的 试 件分 粘 砂 和 不粘砂及不同的布设层数 ， 根据承载力等效 的计算 ， 钢筋配置了 1 根 5的冷拔带肋钢筋 ， 试验测得其抗 拉 强度 为 6 8 0 MP a ； 保护 层厚 度 为 1 5 mm， 配筋 率 是 0 2 4 ， 为正 常配 置 3 1 荷载 与跨 中挠度 曲线 2 层 网和 3层 网增 强小 梁 的计算 值 与 试验 值 的 比较结果 见 图 1 O ， 图 中粘 细砂 和 粘 粗砂 分 别 用 S F S ( s t i c k i n g f i n e s a n d ) ， S C S ( s t i c k i n g c o a r s e s a n d )表示 由图 1 0可见 ， 无论 几层 网 ， 开裂 之前 ， 理论 值 和 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 尹世平 ， 等 ： 多层纤维编织 网增强混凝 土梁的挠度计算 试 验值 几乎 一 致 由于 网 的层 间距 设 计 得 不 是 很理 想 ， 导 致开 裂后 ， 纤维 编织 网对 裂缝 的约束效 果 不理 想 ， 荷载波动较大 ， 但计算值和试验值的变化趋势基 本一致 ， 说明本计算理论可用于 T R C构件 的设计计 算 ， 这 还需要 进 一步 的试 验验证 M i d s p a n d e fle c t i o n i ron ( a ) T wo l a y e r s O 0 M i d s p a n d e fle c t i o n mm ( b ) T h r e e l a y e r s 图 1 0 2 ， 3 层 网增强小梁理论计算和试验的荷载一 挠度 曲线 Fi g1 0 Co mpa r i s on o f l o a d vs mi d s pa n de f l e c t i o n c u r v e s be t wee n c a l c ul a t e d va l ue a n d e x pe r i me nt a l va l u e wi t h t wo a n d t hr e e l a ye r s o f t e x t i l e s 3 2 开 裂荷 载和极 限荷载 采用前面的计算理论来计算混凝土梁的开裂荷 载 和极 限荷 载 ， 结 果见 表 1 ， 不粘 砂用 NS S ( n o s t i c k i n g s a n d )表 示 表 1 试 验和计算 的混凝 土梁 的荷载值 T a b l e 1 Ex p e r i me n t a l a n d c a l c u l a t e d l o a d s 由表 1的试 验 值 可 见 ， 配 置 纤 维 编织 网 的混 凝 土 开裂荷 载 要高 于 配 钢 筋 的 和纯 的细 粒 混 凝 土 这 是由于纤维编织网的保护层仅有 5 mm， 纤维直径很 小 ， 且在 1 0 0 mm 宽 度 范 围 内均匀 分 布 了 8根 受 力 纤维 ， 在 3 8 0 mm 的计 算跨 度 内 ， 有更 多 的纬 向纤 维 分布， 这样可以很好地约束住细粒混凝土 ， 从而使细 粒混 凝土 和纤 维 编织 网共 同变形 ， 提 高 了开裂 荷 载 配 置 同样 层 数 的情 况 下 ， 粘 粗 砂 的 开 裂荷 载 要 高 于 粘 细砂 的 ， 粘 细砂 的高 于不 粘砂 的 ， 这 是 由于粘 砂 增 加了纤维编织网和细粒混凝土之 间的界面黏结， 使 其更好地约束住 了周 围的细粒混凝土 ， 因此有更高 的开裂荷 载 但 随着布 设层 数 的增加 ， 开 裂荷 载有 下 降的趋势， 这可能是因为细粒混凝土和纤维编织 网 黏结 在 一起 ， 在变形 时 为满 足变 形协 调条 件 ， 两种 材 料 间本身 就会 存 在 界 面 应 力 ， 致 使 网 孔 周 围或 者 两 者交界处附近产生微小的脱黏， 降低了理论上构件 的 承载力 随 着纤 维编 织 网层数 的增 加 ， 施 工 影 响也 随之 增 大 ， 在 网孔处 产 生 的空 隙 等 缺 陷 比单 层 网构 件更 多 ， 所 以与 单 层 网相 比 ， 多 层 网 的 开 裂 荷 载 较 低 ， 但影响不是很 明显 由表 1的理论计算 值可见 ， 开裂荷 载随着纤维 编 织 网布设 层数 的增 加 而 变 大 ， 这 是 由于 提 高 配 网 率 即可 以提 高 构件 开 裂 截 面 刚 度 的缘 故 但 因 网 的 层间距偏大 ， 所以第 3层 网的约束作用发挥的不是 很 好 试 验和 理论 破坏 荷 载 的最 大 误 差都 在 1 0 以 内， 表明计算结果还是 比较准确 的 4 结论 1 G B 5 0 0 1 0 - 2 0 0 2建 议 的混 凝 土抗 压 模 型形 式简单 ， 计算结果 比较理想 ， 便 于应用 ， 建议工程设 计人员采用此模型设计 TR C结构 2 改变 细 粒 混 凝 土 的抗 压 强 度 和极 限 荷 载 应 变 ， 对计 算结 果 影 响不大 由于纤 维编 织 网的截 面 积 较小 ， 开裂前其对构件的刚度几乎没有影响 3 对 比混凝 土梁 的荷 载一 挠 度 曲线发 现 ： 开 裂之 前 ， 计算值和试验值几 乎一致 开裂后 ， 2层 网和 3 层 网增 强小 梁 的计算 值 和试验 值 的变化 趋 势基 本一 致 ， 说 明本计 算 理论 可作 为 T RC构 件设计 计 算 的参 考 模 型 4 纤维编织网粘砂在一定程度上可以提高细粒 混凝土和纤维束之间的黏结 ， 有利 于提高结构的抗 裂效 果 5 由于模型中没有考虑纤维束和基体材料的界 面特性及开裂后的裂缝特征 ， 因此 目前仍不能准确 预 测 T RC的承载 行为 ， 进一 步研 究工 作需 完善 此方 Z考 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 建筑材料学报 第 1 4卷 面 内容 6 纤维材料 和细粒混凝 土本 身 的脆性破 坏特 征， 使 TR C结构达到极限荷载时没有明显的破坏预 兆 考 虑 到结构 的安 全性 ， 建议 与延 性较好 的钢筋 联 合使用 ， 在满足钢筋最小配筋率 的情况下防止纤维 网突