钢筋增强超强韧性聚丙烯纤维混凝土梁的恢复力模型

摘要：针对试验提出了反复荷载作用下钢筋增强超强韧性聚丙烯纤维混凝土梁恢复力模型中的特征参数计算公式，建立了不同配筋率的钢筋增强超强韧性聚丙烯纤维混凝土梁的骨架曲线，并与试验实测结果进行了对比，结果表明本研究建立的恢复力模型具有一定的适用性。

关键词：钢筋增强超强韧性聚丙烯纤维混凝土梁；恢复力模型；骨架曲线

中图分类号： TU37 文献标识码： A

0 引言

超强韧性聚丙烯纤维混凝土作为一种新兴的建筑材料，具有良好的弯曲韧性和抗冲击等力学性能［1］［2］，但目前国内对于超强韧性聚丙烯纤维混凝土材料的研究很少，所以还没有建立钢筋增强超强韧性聚丙烯纤维混凝土梁荷载(P)-位移(Δ)骨架曲线模型，模型的简化也缺乏有力的理论依据。

本文将应用文献[3]中对3个不同配筋率的钢筋增强超强韧性聚丙烯纤维混凝土梁滞回试验结果，参考已有文献，拟建立简化的钢筋增强超强韧性聚丙烯纤维混凝土梁的骨架曲线模型，并与试验结果进行对比以验证其适用性。

1 特征参数计算与骨架曲线模型

我们设定钢筋增强超强韧性聚丙烯纤维混凝土梁在反复荷载下正截面整个破坏过程与普通钢筋混凝土结构正截面受弯破坏相类似。本文确定的三线型骨架曲线模型由六个计算参数确定：屈服荷载Py和屈服位移Δy；极限荷载Pu和极限位移Δu；破坏荷载Pcu和破坏位移Δcu。

1.1 屈服荷载Py和屈服位移Δy

各构件的屈服定义为构件固定端部截面的受拉钢筋屈服。屈服荷载Py与截面屈服弯矩My有如下关系：；式中H为钢筋混凝土压弯构件的计算高度。根据文献[4]中关于平截面假定以及双筋梁受弯屈服定义，截面屈服弯矩My可按式计算：，式中fcu为超强韧性聚丙烯纤维混凝土轴心抗压强度；式中，根据文献[4]，混凝土压区高度x，可按式计算：式中εcu为超强韧性聚丙烯纤维混凝土的极限压应变。

试件屈服前按弹性考虑，屈服位移按式计算[5]：，式中λ为超强韧性聚丙烯纤维混凝土受压区系数，， 。

1.2 极限荷载 Pu和极限位移Δu

根据参考文献钢筋混凝土普通构件试验结果的统计分析，极限荷载Pu和屈服荷载Py关系如下[6]： 。

本研究参考经验公式[7]，建立关系如下：。式中μu是对应于构件极限剪力的延性系数，由下式计算[8]：，式中λw=ρwaf，其中ρw为体积配箍率，；αw,与箍筋形式有关的系数，对于普通箍筋形式，αw为1.0[8]；

1.3 破坏荷载 Pcu和破坏位移Δcu

试件的破坏荷载[3]可以定义为下降到极限荷载的85%处，即为。根据试验[3]中的加载制度，试件最终的破坏位移为Δcu=52mm。

2 骨架曲线特征参数计算结果及对比

为验证本研究建立的钢筋增强超强韧性聚丙烯纤维混凝土梁恢复力模型的适用性，引用文献[3]的试验实测结果，试件 B1、B2和B5的数据进行对比分析。利用本研究模型求出三个不同配筋率的试件的骨架曲线特征点的计算值，将计算的骨架曲线参数点依次连接起来，可得计算值骨架曲线模型，并把计算值骨架曲线模型与试验实测骨架曲线相对比，如图所示。

(a)B1(b) B2 (c) B5

图1 计算与试验骨架曲线对比

总体上来看，虽然B5试件的计算值与实测值相对比有些出入，但是试件B1和B2计算的骨架曲线模型与试验得到的骨架曲线基本上是符合的，变化趋势吻合程度较高，这就说明本研究确定的钢筋增强超强韧性聚丙烯纤维混凝土梁的骨架曲线模型在较低配筋率情况下是可行的。

3 结语

(1)本研究给出了完整的钢筋增强超强韧性聚丙烯纤维混凝土梁试件的三线型恢复力模型骨架曲线关键点的确定方法；

(2)通过本研究建立的骨架曲线模型具有一定的合理性和适用性；对于其更广泛的应用，还需要在在进一步研究超强韧性聚丙烯纤维混凝土本构模型以及超强韧性聚丙烯纤维混凝土与钢筋之间的作用机理的基础之上，进行更深入的研究。

参考文献：

[1] 俞家欢.工程水泥基复合材料的性能与应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[2] Yu J H, Dai Y and Song B. Design, Production and Mechanical Property of White Engineered

Cementitious Composites[J]. Advanced Materials Research, 2010 (97-101)：1673-1676

[3] 俞家欢.钢筋增强PP ECC梁滞回性能试验研究[J].混凝土与水泥制品.2013

[4] 东南大学，天津大学，同济大学.混凝土结构上册混凝土结构设计原理[M].中国建筑工业出版.

[5] 徐伟栋.配置高强钢筋的混凝土柱抗震性能研究[D].上海：同济大学，2007.

[6] 陈新孝，牛荻涛，王学民.锈蚀钢筋混凝土压弯构件的恢复力模型[J].西安建筑科技大学，

2005，6（2）:155-159.

[7] 蒋连接，袁迎曙.锈蚀钢筋混凝土压弯构件的恢复力模型[J].混凝土.2011(6):29-40.

[8] 肖益.损伤钢筋混凝土构件滞回性能与恢复力模型研究.[D].长沙:中南大学,2010.

作者简介：于明鑫（1987.07--）、男、辽宁省本溪人研究方向：纤维混凝土