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1、鋼纖維混凝土彎曲疲勞性能研究仰建崗，劉偉，王秉綱?0前言 在混凝土中摻入鋼纖維能顯著地提高混凝土的抗拉強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度、抗凍性、抗沖性、抗磨性和抗疲勞性能。在路面工程中應(yīng)用可以明顯減薄面層厚度，提高路面使用功能和耐久性。本文在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，綜合鋼纖維的體積率和長徑比對SFRC彎曲疲勞特性的影響，提出了新的彎曲疲勞方程，供修訂混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)參考。1普通混凝土彎曲疲勞方程 對疲勞方程的問題，國內(nèi)外許多學(xué)者和機(jī)構(gòu)進(jìn)行大量的研究工作，主要采取單對數(shù)和雙對數(shù)兩種不同形式的疲勞工程。Feret首先進(jìn)行了混凝土的彎曲疲勞試驗(yàn)，其后Kesler、Gallow
2、ay、HusWirschilling、Mcall、Ballinger、永松靜也等人都對混凝土材料的彎曲疲勞特性進(jìn)行了分析研究，他們采用單對數(shù)形式在加載次數(shù)N為102~107范圍內(nèi)得出線性疲勞方程序結(jié)構(gòu)?式中，Qmax--反復(fù)應(yīng)力最大值； fr--混凝土的彎拉強(qiáng)度； a，b--疲勞試驗(yàn)確定的系數(shù)。? Darter在彎拉疲勞試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，整理出失效概率為50%時(shí)的回歸系數(shù)a=1.0，b=0.0568。比利時(shí)的Veverka等得出的試驗(yàn)結(jié)果為a=1.0，b=0.05。式（1）所地的疲勞方程，是在低應(yīng)力保持不變（等于或接近于0）而施加不同級位高應(yīng)力的循
3、環(huán)加荷情況下得到的。但實(shí)際上混凝土面層隨的是行車荷載和溫度兩方面的交替作用。沒有行車荷載時(shí)，面層受到幅度變化的溫度應(yīng)力的反復(fù)作用，構(gòu)成了混凝土所承受的循環(huán)應(yīng)力的低應(yīng)力。當(dāng)作用有行車荷載時(shí)，面層承受荷載和溫度的綜合反復(fù)作用，此綜合應(yīng)力構(gòu)成了循環(huán)應(yīng)力的高應(yīng)力。因而，混凝土面層受到的是高、低應(yīng)力反復(fù)作用。為了使疲勞方程反映出這種加荷情況對混凝土疲勞壽命的影響，挪威的Aas-jaconson在式（1）中引入一項(xiàng)低應(yīng)力與高應(yīng)力之比的系數(shù)R，下述形式的疲勞方程 (2)式中， 這種形式的疲勞方程較好地反映了混凝土的疲勞壽命隨
4、低應(yīng)力的提高而增加并呈線性關(guān)系的規(guī)律。Aas-Jascbson通過試驗(yàn)得到的系數(shù)值為a=1.0，b=0.064。隨后Tepfers以主西班牙的Farriga等都采用不同的低應(yīng)力進(jìn)行了混凝土試件受拉（劈裂）和受壓的疲勞試驗(yàn)，也證實(shí)了上述關(guān)系式。Farriga得出的試驗(yàn)系數(shù)為a=1.0，b=0.091。Tepfers得出在S≥0.80時(shí)試驗(yàn)結(jié)果的離散性很大?！ ⊥瑵?jì)大學(xué)也采用不同低應(yīng)力進(jìn)行了混凝土的彎曲疲勞試驗(yàn)，得到在失效概率50%時(shí)式（2）形式的疲勞方程，系數(shù)為a=0.999，b=0.0724，同時(shí)整理得到相關(guān)性很好的雙對數(shù)形式的疲勞方程
5、 lgS=lga-0.0422（1-）lgN (3)式中,a--回歸系數(shù)?！ ∥靼补方煌ù髮W(xué)（現(xiàn)長安大學(xué)）針對目前交通組成中超、重載較多從而引起混凝土板實(shí)際應(yīng)力水平較高的情況，重點(diǎn)作了應(yīng)力水平在0.85以上的室內(nèi)小梁彎曲疲勞試驗(yàn)，同樣得到相關(guān)性很好的雙對數(shù)形式疲勞方程（保證率50%） lgS=lga-0.0388（1-）lgN （4） 我國現(xiàn)行水泥混凝土路面設(shè)計(jì)中，對普通混凝土路面的疲勞應(yīng)力系數(shù)的規(guī)定，主要考慮荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力對路面的作用，通過室內(nèi)小梁試驗(yàn)得到考慮應(yīng)力重復(fù)作用的疲勞方程
6、 (5)式中， --荷載疲勞應(yīng)力，MPa； --溫度疲勞應(yīng)力，MPa； fcm--混凝土彎拉強(qiáng)度，MPa； α、b--回歸系數(shù)由式（5）可得 ?。?） 由于水泥混凝土路面面板的受力狀況與室內(nèi)小梁試驗(yàn)不盡一致，并考慮一定的保證率，在規(guī)范中選取系數(shù)b=0.0516和a=1.0。從而得到疲勞應(yīng)力系數(shù)關(guān)系式 (7)式中，為考慮設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)。2SFRC疲勞方程 SFRC優(yōu)良的耐疲勞特性，主要來自于SFR
7、C的阻裂能力。而阻裂能力的高低又直接受纖維間距和界面效應(yīng)的影響。通過對SFRC實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸分析可以得出考慮鋼纖維的體積率和長徑比的疲勞方程。與普通混凝土彎曲疲勞方程相仿，SFRC的彎曲疲勞方程也有單對數(shù)和雙對數(shù)形式，如公式（8）和公式（9）。整理由切削型鋼纖維配制的SPRC的彎曲試驗(yàn)數(shù)據(jù)（114組），單對數(shù)疲勞方程的一般形式為公式（10），雙對數(shù)疲勞方程形式如公式（11） (8) (9)以上兩式中，的為鋼纖維的體積率，為鋼纖維的和度，為鋼纖維的等效直徑，即為鋼纖維的長度直徑比，簡稱長
8、徑比?！ ?10)
