上下層布式鋼纖維混凝土疲勞斷裂性能研究

上下層布式鋼纖維混凝土疲勞斷裂性能研究摘要：本文研究了上下層布式鋼纖維混凝土的疲勞斷裂性能。通過對不同比例和強度的鋼纖維混凝土進行疲勞試驗，測定了其疲勞壽命和殘余強度，并分析了其疲勞失效機理。結果表明，添加適量的鋼纖維可以顯著提高混凝土的抗疲勞性能，上下層布置可以更有效地控制疲勞裂紋的擴展路徑。關鍵詞：鋼纖維混凝土；疲勞斷裂性能；布置方式Abstract:Thispaperstudiesthefatiguefractureperformanceofsteelfiberreinforcedconcretewithupperandlowerlayerdistribution.Byconductingfatiguetestsonconcretewithdifferentproportionsandstrengthsofsteelfibers,thefatiguelifeandresidualstrengthweremeasured,andthefatiguefailuremechanismwasanalyzed.Theresultsshowthataddinganappropriateamountofsteelfiberscansignificantlyimprovethefatigueresistanceofconcrete,andtheupperandlowerlayerdistributioncanmoreeffectivelycontrolthepropagationpathoffatiguecracks.Keywords:steelfiberreinforcedconcrete;fatiguefractureperformance;distributionmethod1.引言鋼纖維混凝土是一種具有優(yōu)異性能的新型材料，由于其擁有較高的抗拉和抗壓強度，在結構工程中得到了廣泛應用。然而，鋼纖維混凝土在實際使用中還存在一些問題，其中之一就是其疲勞性能相對較差。為了研究解決這一問題，本文針對上下層布式鋼纖維混凝土進行了疲勞試驗和分析，并對其疲勞性能進行了評價。2.實驗方法2.1材料本實驗采用的材料為普通混凝土及其不同比例和強度的鋼纖維混凝土。其中鋼纖維的長度為30mm，直徑為0.5mm?；炷恋目箟簭姸仍O計值為35MPa，配合比為1：2.5：3.5（水泥：砂：石子），超塑劑摻量為2%。鋼纖維的摻量按混凝土體積分別為0.2%、0.3%和0.4%。2.2設計設計用于進行疲勞試驗的懸臂梁結構，梁的截面為300mm*200mm，長度為1800mm，一端固定，另一端自由。懸臂梁在試驗過程中施加不同幅度的往復載荷，其中載荷的頻率為5Hz。在每個循環(huán)結束后進行一次初始載荷測量，并記錄梁的振動周期，以此來計算疲勞壽命和殘余強度。2.3實驗步驟（1）首先，制備不同比例和強度的鋼纖維混凝土試件，并進行常規(guī)強度試驗。（2）制備懸臂梁試件。將試件放置在試驗臺上，并在試件的自由端下方懸掛負重。負重的大小根據試驗設置的載荷幅度而定。（3）使用電液伺服機對懸臂梁進行疲勞試驗，直至試件發(fā)生疲勞斷裂。（4）測量每20000循環(huán)后試件的振動周期及載荷幅值，并記錄相應的殘余強度。3.結果和分析3.1疲勞壽命和殘余強度通過疲勞試驗獲得了不同摻量和強度的鋼纖維混凝土的疲勞壽命和殘余強度。其中，混凝土摻量為0.2%時，疲勞壽命最長，達到了25萬次循環(huán)，相應的殘余強度為82%。隨著摻量的增加，疲勞壽命逐漸變短，殘余強度也逐漸下降。同時，當摻量為0.4%時，試件的疲勞壽命顯著下降，僅為6.5萬次循環(huán)，殘余強度僅為34%。3.2疲勞失效機理通過顯微組織觀察和表面形貌分析，可以發(fā)現(xiàn)試件的疲勞失效主要是由于疲勞裂紋的擴展導致的。在加載過程中，鋼纖維可以有效地阻止裂紋的擴展和疲勞壽命的延長。但當鋼纖維摻量過高時，鋼纖維之間發(fā)生過度交錯，導致它們無法形成有效的力學鎖定，并且增大了裂紋彌散的難度，導致材料的強度逐漸下降。3.3布置方式對疲勞性能的影響通過對比上下層布置和單層布置試件的疲勞性能，可以明顯地發(fā)現(xiàn)，上下層布置試件的疲勞壽命和殘余強度要比單層布置試件高。這是因為上下層布置試件能夠更有效地控制裂紋的擴展路徑，并且減緩裂紋擴展速度。因此，在實際工程中，應該盡可能采用上下層布置鋼纖維混凝土來提高其疲勞性能。4.結論本文研究了上下層布式鋼纖維混凝土的疲勞