1、文章编号：1671-7872(2023)02-0205-08型钢钢纤维高强混凝土柱抗震性能试验研究张海坤1，高志杰1，孔炯2，丁伟1，陶清林1(1.安徽工业大学建筑工程学院,安徽马鞍山243032；2.中国十七冶集团有限公司技术中心,安徽马鞍山243000)摘要：为改善高强混凝土的脆性，提升型钢高强混凝土柱的抗震性能，采用钢纤维混凝土制备型钢高强混凝土柱试件，开展型钢钢纤维高强混凝土柱的低周往复加载试验，观察试件的破坏过程和形态，基于荷载位移滞回曲线、骨架曲线及强度衰减分析钢纤维掺量对试件变形能力、承载力、延性等抗震性能的影响。结果表明：钢纤维体积分数在 02.0%范围内，不同钢纤维掺量的试件
2、均发生弯曲破坏，但钢纤维的掺入可延缓裂缝发展，有效防止混凝土大面积脱落；加入钢纤维，试件的滞回曲线更饱满，耗能能力显著提升，承载力提高了 13%21%，钢纤维体积分数为 1.0%时提高最明显；随钢纤维掺量的增加，试件的延性和变形能力得到改善，钢纤维体积分数为 2.0%时延性系数达 5.34，强度衰减缓慢，控制位移增大，在变形较大的情况下，试件的强度衰减从 28%降为 16%。钢纤维的增韧效果能显著提升型钢混凝土组合结构的抗震性能。关键词：高强混凝土柱；钢纤维；抗震性能；滞回耗能；延性中图分类号：TU398+.9文献标志码：Adoi：10.12415/j.issn.16717872.22089E
3、xperimentalStudyonSeismicBehaviorofSteelReinforcedHigh-strengthConcreteColumnwithSteelFiberZHANG Haikun1,GAO Zhijie1,KONG Jiong2,DING Wei1,TAO Qinglin1(1.SchoolofCivilEngineering,AnhuiUniversityofTechnology,Maanshan243032,China;2.TechnologyCenter,ChinaMCC17GroupCo.,Ltd,Maanshan243000,China)Abstract：
4、Inordertoimprovethebrittlenessofhigh-strengthconcreteandpromotetheseismicperformanceofsteelreinforcedhigh-strengthconcretecolumns,steelfiberwasusedtopreparereinforcedhigh-strengthconcretecolumnspecimens,andlowcyclecyclicloadingtestswerecarriedouttoobservethefailureprocessandshapeofthespecimens.Based
5、onload-displacementhysteresiscurve,skeletoncurveandstrengthattenuation,theinfluenceofsteelfibercontentontheseismicperformanceofthespecimenwasstudied.Theresultsshowthatwhenthevolumefractionofsteelfiberisintherangeof02.0%,thespecimenswithdifferentcontentofsteelfiberundergobendingfailure,buttheaddition
6、ofsteelfibercandelaythecrackdevelopmentandeffectivelypreventtheconcretefromfallingoffinalargearea.Afteraddingsteelfiber,thehystereticcurveisfuller,andtheenergydissipationcapacityissignificantlyimproved,thebearingcapacityisincreasedby13%21%,andtheincreaseismostobviouswhenthevolumefractionofsteelfiber
7、is1.0%.Withtheincreaseofsteelfibercontent,thedeformationabilityandductilityofthespecimenareimproved,andtheductilitycoefficientofthespecimenreaches5.34whenthevolumefractionofsteelfibercontentis2.0%.Theintensityattenuationisslow,andthecontroldisplacementincreaseswiththeaddition收稿日期：2022-04-11基金项目：安徽省高
8、校重点科研项目(2022AH050342)；国家自然科学基金项目(51408003)作者简介：张海坤(1994)，男，河南周口人，硕士生，主要研究方向为钢与混凝土组合结构。通信作者：陶清林(1986)，女，安徽马鞍山人，博士，讲师，主要研究方向为钢与混凝土组合结构。引文格式：张海坤，高志杰，孔炯，等.型钢钢纤维高强混凝土柱抗震性能试验研究 J.安徽工业大学学报(自然科学版)，2023，40(2):205-212.Vol.40No.2安 徽 工 业 大 学 学 报 (自然科学版)第 40 卷第 2 期April2023J.of Anhui University of Technology(Nat
9、ural Science)2023 年4 月ofsteelfiber.Inthecaseoflargedeformation,theintensityattenuationofthespecimendecreasesfrom28%to16%in condition of large deformation.The toughening effect of steel fiber can significantly improve the seismicperformanceofsteelreinforcedconcretecompositestructures.Keywords：reinfor
10、cedhigh-strengthconcretecolumn;steelfiber;seismicperformance;hystereticenergy;ductility型钢混凝土是在混凝土内配置型钢形成的一种组合结构，因其具有承载力高、刚度大、防火防腐性能佳等优点而被广泛用于大跨、高层建筑结构中。将型钢混凝土构件中的普通混凝土升级为高强混凝土，能够有效提高构件轴向、抗剪承载力，但由于高强混凝土的拉压比较低，导致型钢高强混凝土构件脆性明显，影响构件的抗震性能12。研究3表明在混凝土中掺入纤维可避免出现脆性破坏形态，提高混凝土的延性。因此，国内外众多学者关注纤维混凝土方面的应用研究。常见的纤
11、维有柔性纤维及刚性纤维45。柔性纤维如聚丙烯纤维、PVA 纤维等可缓解混凝土的干燥收缩，提高混凝土的受压、抗弯承载力和抗裂性能69。Dong 等10、Fischer 等11用 PVA 纤维增强复合材料代替普通混凝土制备型钢混凝土组合构件，发现组合构件具有较高的承载能力和较大的变形能力；邓明科等12研究发现，加入 PVA 纤维的型钢混凝土短柱变形能力明显高于普通型钢混凝土构件。刚性纤维如钢纤维、玄武岩纤维等在提高混凝土抗压强度和抗弯强度的同时，还可改善混凝土的延性性能1315。吴鹏16、陈宝全17研究发现，添加钢纤维可显著增强混凝土的力学性能、明显改善混凝土的变形性能且经济性好。相较于柔性纤维，
12、钢纤维混凝土的抗弯强度、承载力、延性等力学性能更好且制备成本低，但目前国内外学者关于钢纤维在型钢混凝土组合结构应用方面的研究不多，且多集中于受弯构件。伍凯等18针对型钢钢纤维混凝土组合梁受弯构件的承载力研究发现，钢纤维可替代部分箍筋作用，钢筋骨架的配置能够增强纵筋；Tao 等19研究发现，加入钢纤维可有效改善高强混凝土的脆性，型钢钢纤维高强混凝土受弯构件表现出较高的开裂和极限承载能力。为探索钢纤维对型钢高强混凝土柱抗震性能的影响，通过开展型钢钢纤维高强混凝土柱往复加载试验，分析钢纤维掺量对型钢高强混凝土柱变形能力、承载力、延性等的影响。1试验 1.1试件设计设计的型钢钢纤维高强混凝土柱的截面尺
13、寸为 160mm240mm，高度为 870mm，剪跨比为 3.27；型钢为 Q235 级 H 型钢 H12.6(H126mm74mm6mm8mm)，含钢率为 4.7%；纵筋为 HRB335 钢按 4 10 配置，箍筋按 660 配置(配箍率 1.38%)，轴压比设计值为 0.28，截面尺寸及配筋见图 1。4003005705303452757501 300275701151005501123324001372081286012611截面图13788742508812.6572041066012622截面图57240437416043250821312660871633截面图8220100160
14、5502540225图1试件截面尺寸及配筋单位：mmFig.1Sectional size and reinforcement of specimenUnit:mm206安徽工业大学学报(自然科学版)2023年 1.2试件制备 1.2.1混凝土的制备m本试验中所用混凝土为 C80 高强混凝土，采用二次合成法配比制备。原料为：水泥，P.O52.5 级普通硅酸盐水泥；钢纤维，铣削波浪形，体积分数分别为 0，0.5%，1.0%，2.0%；粉煤灰，级；硅灰，粒径 0.15的加密硅灰；细骨料，中粗沙(连续级配)；粗骨料，粒径 510mm 的碎石；减水剂，高性能聚羧酸减水剂(减水率40%)，具体配合比如表
15、 1。混凝土制备过程中预留一组立方体抗压试件和哑铃形抗拉试件，与试件同条件养护 28d 测得的抗压、抗拉强度见表 2。表 2 表明制备的混凝土为 C80 高强混凝土。1.2.2型钢钢纤维高强混凝土柱的制作按照上述设计参数对型钢钢纤维高强混凝土柱的柱身和支座型钢进行焊接，并在型钢外围绑扎钢筋笼，对其进行支模后进行混凝土浇筑，每次浇注高度不超过 50cm，边浇筑边用插入式振动器振捣，每次振捣35min 且不触动钢筋。浇筑完成后对型钢钢纤维高强混凝土柱进行恒温保湿养护，将体积分数为 0，0.5%，1.0%，2.0%钢纤维的型钢钢纤维高强混凝土柱分别记作 C0.0，C0.5，C1.0，C2.0 试件。
16、型钢钢纤维高强混凝土柱制作过程如图 2。1.3加载试验0.2yy对型钢钢纤维高强混凝土柱试件进行低周往复加载试验，通过地锚螺栓固定试件基础底座，加载装置示意图如图 3。由 50t 液压千斤顶施加竖向压力，在千斤顶与反力架平衡梁之间设置滑车以保证竖向荷载处于试件中心，并通过千斤顶上荷载传感器测量竖向轴压力；由 100t 电液伺服作动器施加并记录水平荷载；在柱顶及柱身中部放置 2 个位移计测量水平位移。测试前，对试件进行预加载以检测加载装置能否正常运行，检测完毕对柱顶逐步施加轴向压力至 500kN，并保持恒定。水平方向以增量为 2mm(约，为试件(a)钢筋笼(b)模板(c)混凝土浇筑(d)试件成型图2型钢钢纤维高强混凝土柱的制作过程Fig.2Manufacturing process of steel reinforced high-strength concrete column with steel fiber表 1 混凝土配合比Tab.1Proportioning of the concrete编号配比/(kgm3)砂率/%水泥钢纤维粉煤灰硅灰细骨料粗骨料水减水剂U0.0480090