聚丙烯纤维混凝土力学特性及在异形柱结构中的应用

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发布时间：2022-03-13

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对目前聚丙烯纤维混凝土力学特性和作用机理等方面的研究成果进行归纳总结，肯定了聚丙烯纤维混凝土的增强机理，将其浇
筑于异形柱框架柱脚及节点核心区等抗震薄弱部位并进行对比试验分析，研究表明应用聚丙烯纤维混凝土可以显著改善异形柱结构的破
坏形态，并能有效提高异形柱结构的整体承载能力。
关键词：聚丙烯纤维；混凝土；力学特性；异形柱
中图分类号： TU528．572 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2010)04—0079—04
Mechanical properties of polypropyIene fiber concrete and application in structure with specially shaped colum n
ZHANG Xue—hui，LU Nan—fe／
(School ofCivilEngineering，HebeiUniversityofScience andTechnology，Sh~iazhuang050018，China)
Abstract： The research results at present with mechanical properties and action m echanism etc．of polypropylene fiber concrete were summa—
fized，the enhancement mechanism ofthis kind concrete was affi rm ed．The polypropylene fiber concrete was poured into the weak part as columns
bottom and joints core of flame with specially shaped column s，and the frame was experimented under low frequency cyclic loading，also com—
pared with the fram e poured ordinary conrete．It is shown that pouting the polypropylene fiber concrete into the weak part of the frame could im —
provethedam ageform ofthe structurewith specially shaped columns，and enh ancethewholebearing capacityofthe structure．
Key w ords： polypropylene fiber；concrete；mechan ical properties；specially shaped colum n
0 引言
混凝土材料在近二百年来有了突飞猛进的发展，但由于混
凝土材料本身抗拉强度低、韧性差等固有缺点依然限制其优势
的发挥，为克服混凝土的弱点，人们一直致力于混凝土的改性
研究，采用纤维增强混凝土则是一种重要的解决途径『lI。聚丙烯
纤维混凝土是一种掺人少量短切聚丙烯纤维来增强或改善混
凝土某些性能的复合材料。由于掺入聚丙烯纤维改善了混凝土
的品质，使混凝土的综合使用性能得到提高，美国联邦公路战
略计划(SHRP)通过大量试验研究和工程经验总结后认为可将
聚丙烯纤维等有机纤维增强混凝土当作路面高性能混凝土的
一种。国内对聚丙烯纤维混凝土力学特性、作用机理及在工程领
域的应用等方面进行了大量研究，取得了丰富的研究成果[2-6]。
研究表明，高轴压比高地震作用下钢筋混凝土异形柱底层柱脚
及部分节点混凝土易过早开裂破坏，成为异形柱结构的薄弱部
位，限制了异形柱结构的楼层高度，不利于该结构的推广应用。
本文在阐述聚丙烯纤维混凝土力学性能和阻裂原理的基础上，
将聚丙烯纤维混凝土浇筑于异形柱框架柱脚及节点核心区等
抗震薄弱部位，并与普通异形柱框架进行低周反复荷载对比试
验，研究聚丙烯纤维混凝土对异形柱框架抗震性能的影响。
1 聚丙烯纤维
聚丙烯纤维是一种以聚丙烯为主要原料，以独特生产工艺
收稿日期：2009—11 6
基金项目：国家自然科学基金项目(50878141)
制造而成的高强度束状单丝纤维，它是无毒无害的安全材料，符
合当今社会高科技材料洁净环保要求。聚丙烯纤维的物理性能
如表 1所示。
表 1 聚丙烯纤维的物理性能表
2 聚丙烯纤维混凝土性能
2．1 改善混凝土力学性能
研究表明，聚丙烯纤维混凝土与素混凝土相比，随着纤维体
积率的增加(0-1．1％)，纤维混凝土的抗压强度变化很小，抗折强
度则提高了 12％ 26％。虽然不同的试验方法得出的纤维混凝土
改善韧性的程度有所差异，但总的结论都是能较大地增强混凝土
的抗冲击性和柔韧性。圣荷西大学的试验表明，纤维混凝土抗冲
击能力可提高一倍，柔韧性比普通混凝土大约提高 40％，抗疲劳
性能增加三倍。Lanning介绍，根据已进行的许多试验综合得出
结果：纤维混凝土按开裂后整体 - 的韧性指标 (ASTM 方法 )
可提高 15％，抗冲击力增加 10％～500 Soroushian等人用破坏圆
柱试样的落锤次数表示抗冲击性，含量 0．1％的聚丙烯纤维混凝土