500MPa级钢筋-超高性能钢纤维混凝土结构性能

超高性能钢纤维混凝土在高强度、高韧性、高抗渗性和高耐久性等方面的优势，使其在防爆抗冲击、防渗耐腐蚀和机场道面等领域有广阔的应用前景，但超高性能钢纤维混凝土的抗拉强度仍远低于抗压强度，并且关于高性能钢纤维混凝土构件层次的研究成果很少，限制了其工程应用。本课题组用普通工艺和常规材料制成超高性能钢纤维混凝土（抗压强度160MPa，弯拉强度20MPa）。拟试验研究500MPa级高性能钢筋与超高性能钢纤维混凝土组合构件的强度、韧性和耐久性。研究内容包括：钢纤维种类、长径比和钢纤维掺量对超高性能混凝土增强、阻裂、韧性和耐久性的影响规律，提出最佳钢纤维混合配比和掺量；研究钢纤维掺量、配筋率、配箍率对弯剪、压弯构件静、动力性能的影响规律，分析构件破坏形态、滞回损伤机理并建议构件设计方法，为推广这种新型结构提供理论和试验基础。

超高性能纤维混凝土具有高强度（抗压、抗拉）、高延性和高耐久性的优势，但抗拉强度仍远低于抗压强度。改善超高性能纤维混凝土的抗拉强度仍然是结构工程师关心的问题。本项目采取自密实成型和常温养护方法制成了超高性能钢纤维混凝土（抗压强度大于120MPa，弯拉强度大于15MPa）。通过75个立方体试件和50个小梁试件的试验，研究了波浪形、两端弯折形、两端压扁形和超细钢纤维制备的超高性能钢纤维混凝土，在钢纤维体积掺率分别为1%、2%、2.5%和3%时和混合比例变化时的力学性能。结果发现体积掺率2%时超高性能钢纤维混凝土的可施工性、强度和延性最佳，超细纤维受压强度和抗裂性能最好、两端弯折纤维混凝土的弯折强度和延性最佳；混杂纤维超高性能混凝土的力学性能介于两种单一纤维混凝土力学性能之间。波浪纤维不适宜做延性纤维混凝土。在此基础上，通过26个配筋超高性能纤维混凝土梁试件，试验研究了配置屈服强度为550MPa钢筋，配筋混合钢纤维混凝土梁的力学性能。主要研究了钢纤维混合比例、纤维体积掺量、纵筋配筋率和剪跨比对配筋超高性能纤维混凝土梁受弯和受剪性能的影响。结果表明，当纤维体积率为2%时，配筋超高性能纤维混凝土梁的极限荷载和延性均显著提高；钢筋两端弯折纤维混凝土梁的承载力和延性较钢筋哑铃纤维混凝土梁好；钢筋混合纤维混凝土梁的承载力介于钢筋两端弯折形和钢筋两端压扁形纤维混凝土梁之间。配筋超高性能混合纤维混凝土梁的承载规律部分与钢筋混凝土梁相似，如受弯承载力随配筋率增加而增大、受剪承载力随剪跨比增加而减小等等；与钢筋混凝土梁差异较大的是破坏形态，由于超高性能纤维混凝土具有压而不溃、裂而不散的特点，使配筋超高性能纤维混凝土梁具有优越的抗裂和延性性能；当配筋率为0.86%～4%时，配筋超高性能纤维混凝土梁均具有优越的受弯承载力和延性性能；当裂缝宽度为0.2mm时，受弯、受剪作用的钢筋超高性能纤维混凝土梁的荷载均占极限荷载的55%以上，表明钢筋超高性能纤维混凝土梁满足正常使用状态的耐久性要求；拓展现行设计规范提出了钢筋超高性能纤维混凝土梁受弯承载力计算方法，计算结果与试验结果吻合较好。