钢纤维自应力混凝土压力管道自应力计算方法

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1、水利学报2003年07月SHUILIXUEBAO第7期文章编号：0559-9350(2003)07-0124-05钢纤维自应力混凝土压力管道自应力计算方法111何化南，黄承逵,秦杰(1.大连理工大学土木水利学院，辽宁大连116024)摘要：钢纤维自应力混凝土能大幅度提高压力管道的抗裂承载力。然而钢筋、钢纤维和自应力混凝土相互作用以及管道形状的影响使得混凝土的自应力计算很复杂。本文根据弹性力学理论，提出了不同截面形状（圆形和马蹄形）钢纤维自应力混凝土压力管道的自应力计算方法，并通过应变测量试验来验证，计

2、算结果和试验结果符合良好。关关键词：钢纤维；自应力混凝土；压力管道；自应力中图分类号：TV672.2文献标识码：A自应力混凝土广泛应用在输水、输气工程中，但实际施工中所能达到的自应力值较低，自应力混凝土还只能应用在中、小口径中的中、低压力管，这在一定程度上限制了自应力混凝土的用途和发展。把钢纤维加入到自应力混凝土压力管中充分利用两者的优良性能，较大幅度地提高了混凝土的抗拉强度和管道抗裂承载力，特别是将这种新材料应用到大坝背管中，能够改善背管的开裂性能，具有重要的实际意义。钢筋和钢纤维同时限制自应力混凝

3、土的膨胀，虽然进一步提高了混凝土管道抗裂能力，但也使自应力混凝土管道设计变得十分复杂。本文针对不同形状的钢纤维自应力混凝土管道，主要是圆形和马蹄形，提出相应的自应力计算方法，并用试验来验证计算结果。1试验简介试验材料采用石家庄市特种水泥厂生产的A型硫铝酸盐自应力水泥，性能及技术指标详见石家庄市特种水泥厂企业标准Q/STSJ06——1998。纤维为浙江嘉兴七星钢纤维厂提供的异型钢纤维，长径比l/d=55,l=32mm,d=1.56mm。试验的配合比见表1。3表1试验配合比(单位：kg/m)水水泥砂石子纤

4、维28860058888278(156)本文首先进行了12组单向限制棱柱体小试件的试验。试件尺寸为100mm×100mm×550mm，如图1所示。设计了4种配筋率0.785%、1.13%、2.01%、4.91%，3个纤维体积率0%、1%、2%，共12组试件，每组包含3个试件。20℃室温水中养护28d。其次，制作了一个圆管和一个马蹄管，在管道内的钢筋上预埋电图1棱柱体试件尺寸阻应变片测量钢筋的受拉应变。图2为管道尺寸和配筋示意图。纤维体积率为1%，配筋率为1.35%。管道采用钢模板成型，室温20℃中覆盖

5、砂子养护28d。收稿日期：2002-01-25作者简介：何化南(1972-)，女，黑龙江人，博士后，主要从事纤维混凝土和膨胀混凝土的研究。124水利学报2003年07月SHUILIXUEBAO第7期图2管道尺寸和配筋示意2一维限制条件下线性理论的自应力计算钢筋和钢纤维是两种限制方式，对自应力混凝土的膨胀变形起着不同程度的限制。两者联合下的限制膨胀，钢筋的限胀是主要的。对于给定的自应力混凝土，钢筋限制下的试件膨胀变形和配筋率有着密切的关系。很多试验表明，限制程度越大，限制膨胀率越小，反之，则限制膨胀率越

6、大。当配筋率增大到某一［1～3］数值后，限制膨胀率下降趋于平缓，并给出相应的计算关系式，如多项式表达式，指数表达式等。本文根据一维限制的棱柱体试件的试验结果，自应力混凝土的限制膨胀率εS和配筋率采用如下函数关系：−x/ba1(−e)ε=,x>0(1)sx式中：x为限制配筋率百分数的分子，a，b为回归系数。表2回归系数钢纤维加入能够和钢筋联合有效地限制混凝土膨胀变钢纤维体积率(%)形，并且还可以在非钢筋方向上产生限制作用，改善在自回归系数由方向膨胀所引起的混凝土力学性能降低，其限制变形大ρf=0ρf=1

7、ρf=2小随纤维的特征参数的提高而降低，但钢筋的限胀作用是a图3不1603同纤维含量自931应力混凝土702的主要的。因此同样可以采用式（1）来表示两者联合限制下b限制变形随配筋率变化曲线056049022的膨胀率εfs，回归系数列于表2，曲线如图3所示。如图1所示充分限制的配筋率为ρs的自应力混凝土棱柱体试件，试件截面积Ac，原长度为l，限制变形l.0，钢筋的弹性模量和截面积分别为Es和As。于是混凝土膨胀后自应力计算可由截面内力平衡得：l−l0Aσ=AE(2)czsslσ2=ρsEsεs(3)前面

8、已经分析εs是配筋率ρs的函数，由试验确定。这是以仅以钢筋限制自应力混凝土时通常所采用的自应力值算法。125标准分享网www.bzfxw.com免费下载水利学报2003年07月SHUILIXUEBAO第7期有钢纤维的情况下，钢纤维和钢筋对混凝土的限制变形有耦合作用，但作用机理比较复杂，难以确定各自的影响，因此这里忽略钢筋对钢纤维所产生自应力的影响，仅考虑钢纤维对钢筋的影响作用。建议采用如下公式计算配筋钢纤维自应力混凝土的自应力值。lσ=ρEε+0.303