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在鋼筋混凝土牛腿構(gòu)件中摻入鋼纖維不但可以明顯改善牛腿鋼筋的擁擠狀況，降低施工難度，而且還能夠顯著增強鋼筋混凝土牛腿的抗裂和阻裂性能。牛腿在荷載的作用下，首先會在牛腿與柱交接處出現(xiàn)垂直裂縫，因此有必要對鋼筋鋼纖維混凝土牛腿的正截面抗裂性能進(jìn)行研究。鑒于國內(nèi)外對鋼筋鋼纖維混凝土牛腿抗裂性能的研究側(cè)重于試驗，鮮見有限元分析相關(guān)的內(nèi)容，故筆者在鋼筋鋼纖維混凝土牛腿試驗研究的基礎(chǔ)上，利用非線性有限元方法探討鋼纖維體積率、剪跨比和混凝土強度等對鋼筋鋼纖維混凝土牛腿正截面抗裂性能的影響，以便為實際應(yīng)用提供參考。
以鋼纖維體積率、混凝土強度、剪跨比等作為主要試驗參數(shù)，相應(yīng)地設(shè)計了3個試驗系列共計17個鋼筋鋼纖維混凝土牛腿試件，截面尺寸為：寬度是200 m飛牛腿懸臂部分外側(cè)高度是150 mm、內(nèi)側(cè)高度是300 m。長度為800 m飛SCP系列的長度為500 m。FP系列和SCP系列試件的縱向鋼筋配筋率分別為0.510和1.010，不配箍筋，鋼纖維體積率Pr。同時，SCP系列混凝土強度等級分別取為C30，C40，C50。SK系列剪跨比分別取為0.18，0.36，0.54，0.71和0.7，鋼纖維體積率取為1.00。每種試件還預(yù)留有6個150 mmX150 mmX150 mm的立方體試塊，以便在試驗過程中及時測試每個混凝土試件的抗壓強度。另外，為了防止在試驗過程中柱子先于牛腿破壞的情況，根據(jù)計算在柱子中配置了超量的受壓鋼筋和箍筋。
試驗采用AMI04-32-600鋼纖維，長徑比為40抗拉強度，700 MPa水泥為P42.5，火山灰質(zhì)硅酸鹽高強水泥。
試驗在2000 kN壓力試驗機上進(jìn)行，采用直接對柱施加集中荷載的反向加載方法。試驗中，主要測試牛腿的縱向鋼筋應(yīng)變、牛腿懸臂部分與柱子交接面處混凝土應(yīng)變、各級荷載下最大裂縫寬度及出現(xiàn)位置、正截面開裂荷載和極限荷載等。
混凝土的單軸受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線方程采用文獻(xiàn)，建議的表達(dá)式，其中混凝土軸心抗壓強度按照條文說明中的公式，由試驗所測得的立方體抗壓強度推算。
混凝土的單軸受拉應(yīng)力應(yīng)變曲線假定混凝土從開始直至拉裂均為直線，即應(yīng)力達(dá)到混凝土最大抗拉強度時，混凝土開裂，開裂前混凝土的彈性模量與受壓時的初始彈性模量相同。開裂后的混凝土按非脆性材料考慮，即裂縫面上的混凝土抗拉強度并不立即下降到零，而是隨著裂縫的加寬而逐漸下降�；炷恋膯屋S抗拉強度軍按照文獻(xiàn)中的有關(guān)規(guī)定，由試驗所得的立方體抗壓強度推算確定。
鋼筋和鋼纖維均采用雙折線的理想彈塑性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，不考慮屈服硬化，屈服準(zhǔn)則采用Mises準(zhǔn)則。鋼筋和鋼纖維的幾何、物理性質(zhì)基本取與試驗試件一致，只是由于鋼纖維混凝土的破壞主要是因為鋼纖維拔出，故取鋼纖維拔出時的拉應(yīng)力作為鋼纖維的抗拉強度。
根據(jù)牛腿裂縫分布的特點，在有限元分析時采用彌散裂縫模型分析其開裂過程.彌散裂縫以“連續(xù)的”裂縫形式分布于單元中，開裂的混凝土仍保持“連續(xù)性”程序通過修正混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系對單元剛度矩陣進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)裂縫產(chǎn)生后，后繼荷載的作用會在裂縫表面產(chǎn)生滑動或剪切，程序引入裂縫張開時的裂面剪力傳遞系數(shù)俘，和閉合時的裂面剪力傳遞系數(shù)俘。來模擬開裂引起的混凝土抗剪能力的損失，一般取0.05-0.2。由于收斂性問題，本文取俘t = 0.2。一般取0.9-1.0其值變化不大，本文取0.9。采用鋼纖維混凝土和鋼筋的分離式模型建模，不考慮鋼筋與鋼纖維混凝土的滑移。
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