无筋钢纤维混凝土管片正常使用极限状态设计方法研究

钢纤维混凝土管片力学性能试验与抗火性能预测的开题报告一、选题背景钢纤维混凝土管片是一种新型的结构材料，具有良好的力学性能和抗火性能。

目前，大量的钢纤维混凝土管片已经被应用于多个工程领域，例如地下矿山巷道、地下排水管道等。

然而，由于钢纤维混凝土管片的制造和施工技术尚未得到全面的掌握，因此其力学性能仍有待进一步研究与探索。

二、研究目的本文旨在通过钢纤维混凝土管片的力学性能试验和抗火性能预测，探索钢纤维混凝土管片的力学性能特点，并提出相应的优化方案，为钢纤维混凝土管片的推广与应用提供相关支持。

三、研究内容1. 钢纤维混凝土管片力学性能试验：包括拉伸试验、压缩试验、剪切试验、弯曲试验等试验，以获得钢纤维混凝土管片的力学性能数据，并分析其力学性能特点。

2. 钢纤维混凝土管片抗火性能预测：通过有限元软件对钢纤维混凝土管片在火灾环境下的温度场和应力场进行模拟预测，并分析其抗火性能特点。

3. 制定钢纤维混凝土管片的优化方案：根据钢纤维混凝土管片力学性能试验和抗火性能预测结果，确定合理的材料比例和结构设计方案，提出相应的优化方案。

四、研究方法1. 钢纤维混凝土管片力学性能试验：按照相关标准和规范，设计试验方案，采用万能试验机进行试验，获得试验数据，并分析其力学性能特点。

2. 钢纤维混凝土管片抗火性能预测：采用有限元软件进行模拟预测，构建钢纤维混凝土管片在火灾环境下的模型，模拟预测其温度场和应力场，并分析其抗火性能特点。

3. 制定钢纤维混凝土管片的优化方案：根据试验数据和模型预测结果，提出相应的优化方案。

五、研究意义钢纤维混凝土管片是一种新兴的结构材料，具有广阔的应用前景。

本研究通过钢纤维混凝土管片的力学性能试验和抗火性能预测，深入探索其力学性能特点，为其广泛应用提供了有力支持。

同时，研究结果还将为相关领域的研究提供有益的参考和借鉴。

钢纤维混凝土性能特点论文摘要：本文结合钢纤维混凝土的性能机理，对钢纤维混凝土的力学性能、耐久性、耐冻融性等多项性能进行分析，并结合现代钢纤维混凝土的实际应用和其独特的性能对其应用前景进行了展望。

关键词：钢纤维混凝土；性能机理；工程应用钢纤维混凝土（SteelFiberReinforcedConcrete，简写为SFRC）是在普通混凝土中掺入适量短钢纤维而形成的可浇筑、可喷射成型的一种新型复合材料。

它是近些年来发展起来的一种性能优良且应用广泛的复合材料。

近年来钢纤维混凝土在国内外得到迅速发展，它克服了混凝土抗拉强度低、极限延伸率小、性脆等缺点，具有优良的抗拉、抗弯、抗剪、阻裂、耐疲劳、高韧性等性能，已在建筑、路桥、水工等工程领域得到应用。

一、钢纤维混凝土的性能研究1.1钢纤维混凝土的力学强度1.1.1抗压强度钢纤维混凝土虽受压强度增加不明显，但受压韧性却大幅度提高了。

这是由于钢纤维的存在，增大了试件的压缩变形，提高了受压破坏时的韧性。

从宏观上呈现，钢纤维混凝土受压破坏时，没有明显的碎块或崩落，仍保持这整体性。

1.1.2抗剪强度钢纤维混凝土具有优异的抗剪性能，对提高钢筋混凝土结构抗剪能力有重要意义。

通常在钢筋混凝土的构件中，其抗剪承载力主要靠箍筋和弯起钢筋承担，这些筋多了，不仅要提高工程投资，而且施工很不方便，尤其对薄壁、抗震结构和复杂形状的特种结构，问题则尤为突出。

因此采用钢纤维混凝土是提高结构抗剪能力的有效途径。

1.1.3抗弯强度钢纤维混凝土的抗弯强度，随着纤维掺量的增加而提高。

钢纤维混凝土等级提高，使抗弯强度提高明显。

在弯曲荷载作用下，钢纤维混凝土受拉区开裂，中性轴向上移，受拉区仍有部分纤维与基材的粘结力承受拉力，增加韧性，提高了混凝土的抗弯强度。

而普通混凝土则很快发生断裂，以致脆性破坏。

1.2钢纤维混凝土的韧性和抗裂性韧性是在材料受压破坏前吸收能量的性质。

抗裂性是指钢纤维在脆性混凝土基体中减少裂缝和阻滞裂缝进一步发展的性质。

钢纤维管片在轨道交通盾构区间中的适用性分析张建波发布时间：2021-10-25T03:12:51.213Z 来源：《建筑学研究前沿》2021年14期作者：张建波[导读] 本文以重庆轨道交通四号线二期工程为例，通过管片计算、理论分析、工程应用、前景分析等方面对比，得出钢纤维混凝土较常规钢筋混凝土存在诸多优势，旨在推广钢纤维管片在轨道交通中的应用。

北京城建设计发展集团股份有限公司重庆 401147摘要：本文以重庆轨道交通四号线二期工程为例，通过管片计算、理论分析、工程应用、前景分析等方面对比，得出钢纤维混凝土较常规钢筋混凝土存在诸多优势，旨在推广钢纤维管片在轨道交通中的应用。

关键词：钢纤维；轨道交通；盾构；适用性1 引言中国目前已有超过40个城市开通轨道交通，总里程超过4500公里。

未来5年计划将新建3000公里城市轨道交通，其中80%区间隧道采用盾构法修建。

常规盾构区间采用钢筋混凝土管片，该管片存在配筋量大、保护层厚度大、造价高、加工困难、易破损、对裂缝控制不利等缺点。

钢纤维管片能较大提高混凝土的抗拉强度、抗折强度、抗裂、韧性、耐久性性，经济型明显。

本文以重庆轨道交通四号线二期工程为例，分析钢纤维管片在岩质地层中的适用性。

2 工程概况重庆轨道交通四号线二期工程全长约32.6km，地下段长约21.01km，根据车站设置、地质条件、周边环境等因素，确定7个地下区间采用盾构法施工，盾构区间总长约11.3 km。

盾构区间埋深较深，穿越岩层主要为砂岩、泥岩，隧道围岩基本为Ⅳ级，地下水为基岩裂隙水，水量较小。

在岩质地层中埋深越深，隧道受力越小，为盾构区间采用钢纤维管片提供了良好的适用条件。

3 受力分析3.1 计算方法混凝土管片计算一般采用修正惯用法和直梁弹簧元法进行结构计算。

其中修正惯用法将由n块管片构成的圆形隧道衬砌结构看作刚度均一的匀质圆环体，考虑管片接头的存在，在管片抗弯刚度的基础上乘以一个刚度折减系数η，以此作为整环抗弯的刚度。

钢纤维混凝土性能试验研究及在地铁盾构管片中的应用钢纤维混凝土性能试验研究及在地铁盾构管片中的应用引言：随着城市化进程的加速，地铁建设越来越受到重视和广泛应用。

地铁盾构作为一种常见的施工方式，其盾构管片的质量和性能对地铁的安全运营起着至关重要的作用。

钢纤维混凝土作为一种新型混凝土材料，具有优异的力学性能，在地铁盾构管片中的应用具有广阔的前景。

本文将介绍钢纤维混凝土的性能试验研究，并探讨其在地铁盾构管片中的应用。

一、钢纤维混凝土性能试验研究1. 试验目的钢纤维混凝土性能试验的目的是评估其力学性能，包括抗压强度、抗拉强度、抗冲击性能、抗裂性能等，以确定其是否适合在地铁盾构管片的制作中使用。

2. 试验方法采用国内外通用的钢纤维混凝土性能试验方法进行研究。

试验包括压缩试验、拉伸试验、冲击试验以及裂缝宽度测定等。

3. 试验结果钢纤维混凝土经过一系列试验，其强度、韧性和耐久性远优于传统混凝土。

例如，在压缩试验中，钢纤维混凝土的抗压强度明显高于传统混凝土；在冲击试验中，钢纤维混凝土的抗冲击性能明显提升；在裂缝宽度测定试验中，钢纤维混凝土的抗裂性能极佳。

二、钢纤维混凝土在地铁盾构管片中的应用1. 盾构管片制作工艺首先，根据设计要求和钢纤维混凝土试验结果确定配合比和纤维掺量。

然后，采用专用设备将钢纤维加入混凝土搅拌机进行搅拌，并将搅拌均匀的钢纤维混凝土浇注到模具中。

最后，在恒温恒湿条件下养护一段时间后，取出成型的盾构管片。

2. 盾构管片性能评估通过对制作出的盾构管片进行一系列性能评估试验，包括抗压强度、抗弯强度、抗冲击性能、抗裂性能等，来评估钢纤维混凝土用于盾构管片的适用性。

3. 应用效果经过性能评估试验，钢纤维混凝土用于地铁盾构管片制作具有诸多优势。

首先，盾构管片具备较高的抗压、抗弯强度，能够有效抵御外力的影响；其次，钢纤维混凝土具有良好的韧性和抗冲击性能，可以有效避免因地质条件不稳定而造成的管片破坏；此外，钢纤维混凝土还具备较好的抗裂性能，可以减少管片裂缝的产生。

钢纤维混凝土盾构管片可行性分析一、钢纤维混凝土盾构管片的制造工艺和性能特点钢纤维混凝土（SFRC）是一种高强度、高韧性、高耐久性的新型建筑材料。

SFRC盾构管片是将钢纤维掺入混凝土中进行制造得到的成品。

其制造工艺是，在混凝土搅拌过程中掺入钢纤维，然后将混凝土放入模具中振实成型，最后进行养护，得到SFRC盾构管片。

SFRC盾构管片具有较高的抗弯强度、抗冲击性能以及耐久性等优点，可以有效地提高隧道施工的质量和效率。

在盾构隧道的施工中，SFRC盾构管片已经被广泛地应用到了地铁、隧道和矿山等工程中。

二、SFRC盾构管片的设计及其施工过程中的注意事项在SFRC盾构管片的设计中，需要考虑其材料、结构形式以及受力情况等因素。

首先，需要确定SFRC盾构管片的材料规格以及加工工艺，这与钢纤维的形状、长度、大小、掺入比例等因素有关。

其次，在结构设计中，需要设计合理的管片形式、尺寸以及连接方式等。

最后，在监测设计的过程中，需要对SFRC盾构管片进行性能测试以及试验验证。

在施工过程中，要注意管片的倾斜度及管片连接的稳定性和密封性等问题，防止在隧道施工过程中出现开裂、损坏等问题。

三、与传统钢筋混凝土盾构管片的比较优点与传统的钢筋混凝土（RCC）盾构管片相比，SFRC盾构管片具有以下几个主要优点：首先，钢纤维混凝土可以显著提高盾构管片的抗剪强度、韧性以及抗拉强度等性能。

其次，钢纤维混凝土盾构管片可以简化管片的结构设计，减轻工程负担、提高建造效率，并且节省成本。

第三，钢纤维混凝土盾构管片的制造过程被自动化的设备控制，可以确保一致性和品质的稳定性。

最后，由于钢纤维混凝土对环境的影响较小，SFRC盾构管片不仅可靠性高，而且绿色环保，也更便于维护。

四、SFRC盾构管片的应用案例1. 嘉禾南路地下通道：位于广州市中心，是一条近1.5公里的地下双向通道。

该隧道就应用了SFRC盾构管片，其中，管片的制造及使用高度鉴定了钢纤维混凝土的可靠性和质量稳定性，同时进一步丰富了中国盾构施工技术的应用。

第十章钢筋混凝土正常使用极限状态验算与钢筋混凝土是一种常用的建筑材料，其在正常使用情况下需要进行极限状态验算，以确保结构的安全性和可靠性。

本章将介绍钢筋混凝土正常使用极限状态验算的基本原理、方法和步骤。

1.概述钢筋混凝土结构在正常使用情况下，不仅需要承受荷载的作用，还要满足一定的变形要求，以保证结构的正常使用。

正常使用极限状态验算主要是验证结构在正常使用载荷下的强度和刚度，以及满足相关的变形要求。

2.验算的基本原理正常使用极限状态验算的基本原理是结构在正常使用载荷下，钢筋混凝土的受力性能和变形控制是否满足设计要求。

主要包括以下两个方面：-强度验算：通过验算结构在正常使用荷载下的强度是否满足设计要求，包括钢筋的抗拉和抗压性能、混凝土的抗压性能等。

-变形验算：通过验算结构在正常使用荷载下的变形是否满足设计要求，包括结构的挠度、裂缝宽度等。

3.验算的方法和步骤正常使用极限状态验算的方法和步骤可以按照以下几个方面进行：-荷载计算：首先需要计算出结构在正常使用情况下的荷载，包括永久荷载、活荷载等。

根据设计规范的要求，确定荷载的组合形式和作用时间。

-材料的力学性能：根据钢筋混凝土的设计要求，确定使用的材料的力学性能参数，包括混凝土的强度、钢筋的强度等。

-构件受力计算：根据结构的平面布置和受力情况，进行构件的受力计算，包括弯矩、剪力、轴力等。

根据不同构件的要求，进行不同的验算方法和步骤。

-刚度验算：根据结构的变形要求，进行正常使用荷载下的刚度验算。

主要是验证结构的挠度是否满足设计要求，如果不满足，则需要进行必要的刚度调整措施。

-强度验算：根据结构的强度要求，进行正常使用荷载下的强度验算，包括钢筋的抗拉和抗压性能、混凝土的抗压性能等。

如果存在强度不足的情况，则需要采取合理的加固措施。

-验算结果的评估：根据正常使用极限状态验算的结果，对结构的安全性进行评估，确定是否满足设计要求。

4.注意事项在进行正常使用极限状态验算时，需要注意以下几个方面：-选择合适的验算方法和步骤，根据具体的结构类型和受力特点，灵活采用不同的验算方法。

无筋钢纤维混凝土管片正截面结构设计方法温书亿;阳卫卫;孔娟;王潘;邓一三【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2024(24)13【摘要】为完善无筋钢纤维混凝土管片的设计方法,加速其在城市轨道交通中的应用,提出一种新的无筋钢纤维混凝土管片正截面结构设计方法。

根据已有对钢纤维混凝土本构关系的研究成果,依据地铁管片的受力特点,分析了影响地铁管片正截面承载力的主要因素。

依据无筋钢纤维混凝土管片极限拉应变与钢筋混凝土的极限拉应变不在一个数量级上的差异,结合现行混凝土规范,采用平面假设,把应力和应变作为无筋钢纤维混凝土管片设计的特征值;用钢纤维混凝土应变的取值范围对应不同的设计工况,将不同工况下的无筋钢纤维混凝土管片的设计验算结果归结到同一张应力应变图中。

论述了采用轴力-弯矩包络图进行正截面设计验算的主要流程,并通过一个工程实例展示不同工况下无筋钢纤维混凝土轴力-弯矩包络图的相互关系。

计算结果表明:在正常使用极限状态下,强度是影响承载能力的主要因素;而承载能力极限状态下,特别是偶然荷载作用下,无筋钢纤维混凝土的韧性是影响承载能力的主要因素。

【总页数】5页(P5511-5515)【作者】温书亿;阳卫卫;孔娟;王潘;邓一三【作者单位】深圳市地铁集团有限公司;中国中铁科学研究院有限公司【正文语种】中文【中图分类】TU473【相关文献】1.配筋钢纤维混凝土梁正截面抗裂计算2.钢筋混凝土结构设计原理教学研究I：双筋矩形截面正截面承载力计算3.不对称配筋纤维混凝土盾构管片正截面配筋计算4.钢纤维掺量及长径比对无筋管片混凝土力学性能的影响5.无筋钢纤维混凝土管片承载力设计方法研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

d o i :10.3963/j .i s s n .1674-6066.2022.01.007地铁盾构管片用钢纤维混凝土性能特征研究赵宇石1,2,周予启1,2,王少敏1,2(1.中建一局集团建设发展有限公司,北京100102;2.中国建筑股份有限公司,北京100102)摘 要: 盾构施工使我国隧道建设得到迅猛发展,目前盾构隧道支护主要采用的是钢筋混凝土管片,其在运输及施工等过程中易发生破损或开裂㊂改善混凝土的性能是控制管片质量的关键措施之一,纤维是一类有望对混凝土进行有效增强㊁增韧的材料㊂基于此,该研究将钢纤维引入到混凝土体系中,重点分析了拟用于预制地铁盾构管片的钢纤维混凝土性能特征,主要包括流动性㊁抗压强度和抗拉强度㊂结果表明,钢纤维对混凝土的流动性影响明显,为使混凝土具有较好的流动性,混凝土中钢纤维的体积掺量定为2%㊂在2%钢纤维掺量下,相比普通混凝土,钢纤维混凝土的28d 抗压强度和抗拉强度分别提高了27%和38%㊂因此,钢纤维混凝土可有效弥补传统钢筋混凝土管片存在的不足㊂关键词: 盾构施工; 混凝土管片; 钢纤维; 性能特征P e r f o r m a n c eC h a r a c t e r i s t i c s o f S t e e l F i b e rR e i n f o r c e dC o n c r e t e f o r S h i e l dS e g m e n t sU s e d i nS u b w a y Tu n n e l Z HA OY u -s h i 1,2,Z H O UY u -q i 1,2,WA N GS h a o -m i n 1,2(1.C h i n aC o n s t r u c t i o nF i r s tG r o u p C o n s t r u c t i o n &D e v e l o p m e n tC oL t d ,B e i j i n g 100102,C h i n a ;2.C h i n aS t a t eC o n s t r u c t i o nC o r p o r a t i o n ,B e i j i n g 100102,C h i n a )A b s t r a c t : T h e s h i e l dc o n s t r u c t i o nt e c h n i q u eh a s p r o m o t e dt h e r a p i dd e v e l o pm e n t o f t u n n e l c o n s t r u c t i o n i nC h i n a .T h e s h i e l d t u n n e l s u p p o r t i n g m a i n l y d e p e n d so nt h eu s eo f r e i n f o r c e dc o n c r e t es e g m e n t .T h e t r a n s p o r t a t i o na n dc o n -s t r u c t i o n p r o c e s s o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e s e g m e n tm a y r e s u l t i nd a m a g e o r c r a c k i n g .I m p r o v i n g t h e p e r f o r m a n c e o f c o n -c r e t e i s o n eo f t h ek e y m e a s u r e st oc o n t r o l t h e q u a l i t y o f s e g m e n t .F i b e r i so n eo f t h e m a t e r i a l st h a t c a ne f f e c t i v e l y s t r e n g t h e n a nd t o u g he n t h e c o n c r e t e .B a s e do n i t ,s t e e lf i b e rw a s i n t r o d u c e d i n t oc o n c r e t e s y s t e mi nt h i s r e s e a r c h ,a n d t h e l i q u i d i t y ,c o m p r e s s i v e s t r e ng th a n d t e n si l e s t r e n g t ho f s t e e l f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t ew e r e f u l l y i n v e s t i ga t e d .R e s u l t s s h o w e d t h a t ,t h e l i q u i d i t y o f c o n c r e t ew a s ob v i o u s l y i n f l u e nc e db y s t e e l f i b e r .T h e v o l u m e c o n t e n t o f s t e e l f i b e rw a sde -t e r m i n e d t o b e 2%o fm i x t u r ew h e n d e s i g n i n g c o n c r e t e i n o r d e r t om a k e t h e c o n c r e t e h a s g o o d l i q u i d i t y .C o m p a r e dw i t h o r d i n a r y c o n c r e t e ,t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h a n d t e n s i l e s t r e n g t ho f s t e e l f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e a f t e r c u r i n g 28dw e r e 27%a n d 38%l a r g e r ,r e s p e c t i v e l y .T h e r e f o r e ,t h e s t e e l f i b e r c a n e f f e c t i v e l y m a k e u p f o r t h e s h o r t f a l l o f t r a d i t i o n a l r e i n -f o r c e d c o n c r e t e s u b w a y s h i e l d s e g m e n t .K e y wo r d s : s h i e l d c o n s t r u c t i o n ; c o n c r e t e s e g m e n t ; s t e e l f i b e r ; p e r f o r m a n c e c h a r a c t e r i s t i c s 收稿日期:2021-11-08.基金项目:中建股份科技研发计划(C S C E C -2020-Z -44).作者简介:赵宇石(1974-),高级工程师.E -m a i l :z h a o y u s h i @c h i n a o n e b u i l d .c o m 现代交通呈现多元化发展的趋势,不再仅仅局限于陆上交通网络的搭建,地下空间在交通运输领域的利用比例也越来越大㊂以地铁为代表的地下轨道交通具有大运力㊁无堵车风险等优势,已逐渐成为大中型城市居民日常出行采用的主要交通工具㊂而地下轨道交通得以发展的重要载体是隧道的快速建设,这与施工技术的进步密不可分[1]㊂盾构机械的产生以及施工技术的日趋成熟极大地推动了隧道建设㊂盾构法施工之所以在隧道建设中被广泛使用,是因其具有施工安全性和机械化程度高㊁对地面交通影响小㊁施工不受天气影响㊁产生振动对环境影响小等一系列的独特优势[2,3]㊂隧道衬砌管片支撑是保障盾构施工和隧道运营安全的重要措施,目前使72建材世界 2022年 第43卷 第1期建材世界2022年第43卷第1期用较多的是钢筋混凝土管片㊂但混凝土本身是一种脆性材料,抗拉性能差,钢筋混凝土预制管片在运输和安装等过程中极易发生破损㊁开裂等问题[4]㊂如果不能及时发现并进行相应处置,将严重威胁到隧道的结构安全,影响其抗渗性能等,最终表现为隧道的耐久性不足㊂纤维这种材料一般都具有较好的韧性和抗拉性能,常应用于复合材料体系中,达到改善复合材料力学性质的目的㊂考虑到传统钢筋混凝土预制管片存在的一些不足,研究考察了钢纤维对混凝土性能的影响,主要涉及钢纤维混凝土的流动性㊁抗压强度和抗拉强度等,希望对未来采用钢纤维混凝土替代传统钢筋混凝土用于预制盾构管片提供一些参考㊂1原材料该研究采用的原材料主要有碎石㊁砂子㊁胶凝材料㊁减水剂㊁水㊁钢纤维等几类㊂其中碎石和砂子均来自于黄石某碎石场,碎石的表观密度为2.765g/c m3,含泥量为0.7%,压碎值为6.4%;砂子表观密度为2.640g/c m3,含泥量为0.8%,细度模数为2.8㊂用到两种胶凝材料:水泥和粉煤灰㊂水泥采用中国葛洲坝集团水泥有限公司生产的P O42.5级水泥;粉煤灰来自于郧县某建材公司,其细度为7.4%,需水量为93%,烧失量为4.3%㊂减水剂为聚羧酸减水剂,淡黄色液体,减水率约为25%㊂水为自来水㊂采用的钢纤维平均直径约为2mm,平均长度约为30mm,抗拉强度为920M P a㊂2试验方法1)钢纤维微观特征分析㊂钢纤维作为一种有别于混凝土常规组成的新材料,除了常规性能指标外,认识其微观特征也非常重要㊂该研究采用显微镜分析了钢纤维的显微形态,从显微形态特征方面解释钢纤维应用于混凝土体系的优势㊂2)钢纤维混凝土的设计及制备㊂目前还没有统一的方法指导钢纤维沥青混凝土的设计,文献中常用的方法有二次合成法㊁组成掺入法等[5,6]㊂二次合成法的核心是将钢纤维混凝土分成两个部分:基准混凝土和钢纤维水泥浆,分别对两者进行配合比设计,再将两者合拌制备成钢纤维混凝土㊂该方法强调水泥浆对钢纤维的包裹作用,避免钢纤维表面因未被水泥浆充分包裹而导致纤维与混凝土基体粘结力不足的问题㊂因而该方法科学性较好,该研究中同样采用二次合成法设计钢纤维混凝土㊂共涉及钢纤维体积掺量分别为2%㊁4%和6%的三种混凝土㊂按照标准试验方法研究钢纤维掺量对混凝土的流动性㊁抗压强度和抗拉强度的影响㊂钢纤维混凝土的3d㊁7d和28d抗压强度和抗拉强度测试,采用的试件尺寸分别为100m mˑ100m mˑ100m m和150m mˑ150m mˑ150m m㊂3结果与讨论钢纤维显微形貌如图1(a)所示,可见对于不同的纤维段,其显微形态并非完全一致,部分纤维段直径明显大于2mm;即便是同一纤维段,不同区域的直径也有区别㊂且部分纤维段外观并非圆柱状,而是呈现扁平状㊂这说明钢纤维在实际生产过程中,形态难以完全控制成一样㊂但钢纤维显微形貌分析结果同样表明,钢纤维的表面呈现褶皱纹理,这有利于纤维与混凝土基体的粘结;此外,钢纤维平均长度达到30mm,且抗拉性能优越,因而理论上无论其在混凝土体系中是呈现交联还是分散状态,均可有效改善混凝土的抗拉㊁抗裂性能,如图1(b)所示㊂四种不同钢纤维体积掺量的混凝土黏聚性和保水性均优良,对其进行坍落度试验,四种钢纤维混凝土的坍落度试验结果如图2所示,结果显示钢纤维对混凝土的流动性能影响显著㊂具体来看,对于基准混凝土(钢纤维体积掺量为0),其坍落度约为110mm,而钢纤维的掺入则使混凝土坍落度变小,且混凝土坍落度的下降幅度随着钢纤维掺量的增加逐渐被放大㊂尤其当钢纤维体积掺量超过2%时,相比基准混凝土,钢纤维混凝土的坍落度下降了18%以上,钢纤维混凝土的流动性变差㊂因此,为尽可能减小钢纤维对混凝土流动性造成的不利影响,研究将钢纤维的体积掺量控制在2%㊂钢纤维体积掺量为2%的混凝土强度试验结果如图3所示,总体来看,钢纤维不同程度提高了混凝土的抗压强度和抗拉强度㊂具体来看,钢纤维的掺入使混凝土3d㊁7d和28d抗压强度分别提高了22%㊁24%和8227%;使混凝土3d ㊁7d 和28d 抗拉强度分别提高了31%㊁36%和38%㊂可见钢纤维对混凝土抗拉强度的提高效果更显著,由此也说明采用钢纤维改性混凝土可有效改善混凝土的抗拉性能㊂而传统的钢筋混凝土盾构管片易发生破损㊁开裂等问题,从试验结果来看,采用钢纤维混凝土预制盾构管片可弥补传统钢筋混凝土管片存在的不足㊂4 结 论针对传统的钢筋混凝土盾构管片易发生破损㊁开裂等问题,该研究探讨了钢纤维混凝土的流动性及力学性能特征㊂结果表明,钢纤维对混凝土的流动性产生不利影响,为保证钢纤维混凝土的流动性能,应控制钢纤维的用量,该研究选用2%的钢纤维掺量(在混凝土中的体积占比);钢纤维可有效提高混凝土的抗压强度和抗拉强度,对混凝土抗拉强度的改善效果更显著㊂受试验条件的限制,以及考虑到足尺试验成本大,该研究并未从管片角度对比研究钢筋混凝土盾构管片和钢纤维混凝土盾构管片的性能,这是今后试验条件成熟后将进一步开展的工作㊂参考文献[1] 周顺华.我国城市轨道交通地下工程的施工技术现状与发展[J ].城市轨道交通研究,2004(2):34-37.[2] 许 浩.盾构施工对周围环境的影响及防治措施分析[J ].城市建设理论研究,2014(9):1-6.[3] 蔡 正.地铁隧道盾构法施工安全风险管理研究[D ].徐州:中国矿业大学,2016.[4] 孙 斌,丁 聪.高铁隧道大直径盾构钢纤维混凝土管片设计和优势简析[J ].河北工业大学学报,2015,44(6):112-115.[5] 刘永胜,赵碧华.钢纤维混凝土二次合成法施工的探讨[J ].混凝土,2007(9):105-106,109.[6] 曹玉新.盾构管片钢纤维混凝土配合比的设计优化[J ].工业建筑,2020,50(8):101-104,159.92建材世界 2022年 第43卷 第1期。

在钢筋混凝土的使用极限状态设计R. I. GILBERT摘要为了满足极限状态，必须混凝土结构维修，并执行其预定整个工作寿命的功能。

过度偏转，不应该损害的结构功能或美观不可接受的。

裂缝不应该是有碍观瞻或足够宽，导致耐久性问题。

设计使用极限状态作出可靠的预测瞬时和时间依赖性变形结构。

这是复杂的非线性行为的具体主要引起开裂，张力硬化，蠕变和收缩。

本文提供了一个概述和钢筋混凝土梁的行为服务加载板，并概述了可靠的挠度计算方法。

2011年出版由Elsevier有限公司关键词：开裂，蠕变变形，钢筋混凝土，可维护性，收缩，紧张僵硬1 引言广泛的设计目标是为混凝土结构，它应满足的需求，它是人为的。

这样做，结构设计师必须确保它是安全和维修，使它失败的机会，在其设计寿命是足够小。

两个主要的结构设计,因此，目标是实力和可维护性。

结构，包括AS3600-2009，现代设计规范采用的极限状态的方法设计，使结构设计必须同时满足多个不同的极限状态或设计要求，包括足够的强度和可维护性。

最低性能限制这些极限状态和指定的任何一个可能成为关键和治理设计特定的成员。

对于每一个极限状态，行为守则，同时指定载荷组合和方法预测实际的结构性能，确保接受失败的概率很低。

为了满足极限状态，混凝土结构必须维修和执行其预期的功能在其整个工作生活。

过度偏转，不应该损害的功能结构或美观不可接受。

裂缝不应该是有碍观瞻或宽，足以导致耐久性问题和振动，应该不会造成困扰，其结构或不适住户。

在本文中，挠度和钢筋混凝土开裂的收缩徐变的影响梁，板进行了讨论和量化。

最近的研究上的适用性的概述还提供了钢筋混凝土梁和砖在新南威尔士大学。

2。

反应截面应力的影响考虑均匀弯曲的钢筋混凝土单元。

平均瞬时弯矩- 曲率响应如图1所示。

在比开裂的时刻，MCR，少的时刻元素是无裂纹和弯矩- 曲率关系基本上是线性（图1 OA）斜坡面积未开裂部分改造，Iuncr二阶矩成正比。

何时极端纤维混凝土的拉应力达到弯曲抗拉强度，fct.f，即当时刻达到MCR，主要裂缝形成合理的经常中心开裂的时刻。

收稿日期:2005-05-24基金项目:国家自然科学基金资助项目(50379005)作者简介:杨勇(1965—),男,江苏徐州人,高级工程师,博士研究生,主要从事水工结构混凝土性能研究.钢纤维混凝土力学性能试验研究杨　勇,任青文(河海大学土木工程学院,江苏南京　210098)摘要:为有效利用钢纤维混凝土,对钢纤维混凝土的抗压强度、抗弯强度、弹性模量和断裂能等进行了试验研究.结果表明:钢纤维混凝土立方体的抗压强度、抗弯强度随着钢纤维掺量的增加而增大;在钢纤维掺量不变的情况下,钢纤维混凝土的抗压弹性模量会随着龄期的增加而提高;钢纤维对混凝土的阻裂作用很明显,而对混凝土起裂的限制作用不明显;在混凝土初凝之前,无论是普通混凝土还是钢纤维混凝土,内部温度的变化规律与外界温度的变化规律不同,并且此阶段混凝土内部应变的变幅很大,普通混凝土应变的变幅要比钢纤维混凝土应变的变幅大得多;在混凝土初凝之后,无论是普通混凝土还是钢纤维混凝土,内部温度的变化规律与外界温度的变化规律相同,并且此阶段混凝土内部应变的变幅很小.关键词:混凝土;钢纤维;力学性能;温度;应变中图分类号:TU528.572 文献标识码:A 文章编号:1000-1980(2006)01-0092-03由于混凝土本身抗拉强度低,混凝土结构在受拉区会出现裂缝.这些裂缝会加速混凝土的碳化,而且混凝土结构的承载力和使用寿命会随着裂缝的扩展而下降.与普通混凝土相比,钢纤维混凝土具有抗拉、抗弯、抗剪强度高的优点,并会显著改善混凝土抗裂性能、韧性、抗冲击性能及耐久性等[1-7].因此,有关设计单位建议在南水北调一些关键工程的抽水站流道中采用钢纤维混凝土,以提高工程的整体质量.为了保证施工的安全和质量以及钢纤维混凝土的有效利用,笔者对钢纤维混凝土的力学性能进行了试验研究.本文主要介绍和分析试验研究结果.1　试验概况试验中所采用的钢纤维为上海贝卡尔特-二钢有限公司生产的型号为RC —80/60—B N 的钢丝切断型钢纤维,水泥为南京宁峰水泥厂生产的普通32.5级水泥;骨料最大粒径为20mm ;混凝土的配比为水泥423kg /m 3,黄沙605kg /m 3,碎石1176kg /m 3,水224kg /m 3;水灰比为0.53. 立方体抗压强度计算公式为f cc =P /A(1)式中:f cc ———抗压强度;P ———破坏荷载;A ———试件承压面积. 立方体抗弯强度计算公式为f t =Pl /(bh 2)(2)式中:f t ———抗弯强度;l ———支座间距(即跨度),l =3h ;b ———试件截面宽度;h ———试件截面高度. 静力抗压弹性模量计算公式为E c =P 2-P 1A L ΔL (3)式中:E c ———静力抗压弹性模量;P 2———40%的极限破坏荷载;P 1———应力为0.5MPa 时的荷载;ΔL ———应力从0.5MPa 增加到40%破坏应力时的试件变形值;L ———测量变形的标距. 断裂能计算公式为[8]G F =1b (h -a 0)∫δma x 0p d δ(4)式中:G F ———断裂能;p ———荷载;a 0———裂缝深度;δ———试件中线位移;δmax ———试件中线最大位移.由式(4)还可导出断裂能随试件中线位移变化的断裂能曲线计算公式G F v =1b (h -a 0)∫δ0p d δ(5)第34卷第1期2006年1月河海大学学报(自然科学版)Journal of Hohai University (Natural Sciences )Vol .34No .1Jan .20062　试验结果及分析2.1　立方体抗压强度试验试件有不掺钢纤维和钢纤维掺量分别为15kg /m 3,30kg /m 3,50kg /m 34种,试件尺寸为150mm ×150mm ×150mm ,龄期为28d .从试验结果可知,4种试件的混凝土轴心抗压强度分别为24.1MPa ,28.3MPa ,29.7MPa ,30.2MPa .由此可见,提高钢纤维的掺量,可有效地提高混凝土的抗压强度.2.2　抗弯强度试验试件有不掺钢纤维和钢纤维掺量分别为15kg /m 3,30kg /m 3,50kg /m 34种,试件尺寸为100mm ×100mm ×400mm ,龄期为28d .从试验结果可知,4种试件的混凝土抗弯强度分别为3.32MPa ,3.40MPa ,4.07MPa ,6.21MPa .由此可见,提高钢纤维的掺量,可有效地提高混凝土的抗弯强度.2.3　静力抗压弹性模量试验试件中的钢纤维掺量为30kg /m 3,试件尺寸为150mm ×150mm ×300m m ,龄期分别为3d ,7d ,14d ,21d ,28d .用电阻应变仪测量变形,电阻应变片的标距为100mm .应变采集系统采用DH3816多通道静态电阻应变仪,数据采集由计算机自动完成.从试验结果可知,当钢纤维掺量为30kg /m 3时,对应于3d ,7d ,14d ,21d ,28d 龄期的抗压弹性模量分别为15.4GPa ,18.1GPa ,20.8GPa ,24.5GPa ,24.7GPa .由此可见,在钢纤维掺量不变的情况下,钢纤维混凝土的抗压弹性模量会随着龄期的增加而提高.图2　模型尺寸及传感器布置Fig .2　Structural model and sensor arrangement图1　断裂能与位移的关系曲线Fig .1　Fracture energy curve 2.4　断裂能测试试验试件有不掺钢纤维和钢纤维掺量分别为15kg /m 3,30kg /m 3,50kg /m 34种,试件尺寸为100mm ×100mm ×400mm ,支距为300mm ,预制裂缝深度为40mm ,龄期为28d .从试验结果可知,4种试件的断裂能分别为195.6Pa ·m ,3481.2Pa ·m ,4688.4Pa ·m ,10197.7Pa ·m .这说明,在混凝土中增加钢纤维的掺量,会显著提高混凝土的断裂能.这说明钢纤维混凝土有非常明显的阻裂作用.图1比较了无钢纤维混凝土及钢纤维掺量为15kg /m 3时混凝土断裂能随位移的变化情况.从图1可以看出:试件变形位移较小时,混凝土中掺加钢纤维并不能增加断裂能的数值;只有当试件变形位移较大时,混凝土中掺加钢纤维才能有效地增加断裂能的数值.这也说明钢纤维对混凝土的起裂限制作用不明显.2.5　小结构模型试验小结构模型试验采用了2种相同的超静定平板结构,一种为普通混凝土结构,另一种为钢纤维掺量为30kg /m 3的结构.配比与以上试件相同.测试传感器均采用振弦式传感器.其中应变计为E BJ30—C 型,温度传感器为WR —Ⅱ型.模型尺寸及传感器布置如图2所示.环境温度测点布置在模型纵向对称线的下部.由试验结果知:在混凝土浇筑完成至初凝之前,无论是普通混凝土还是钢纤维混凝土,由于混凝土内部的物理和化学反应,混凝土内部的温度变化表现出与外界环境温度不同的变化规律.当环境温度降低时,混凝土内部的温度反而上升.如在浇筑完成之后的第1天,当环境温度由4.0℃变化到6.5℃时,普通混凝土内部3个测点温度变化的范围分别为8.6～10.5℃,7.1～10.2℃,7.3～10.7℃,钢纤维混凝土内部3个测点温度变化的范围分别为7.6～10.7℃,7.8～12.1℃,7.4～11.7℃.而此阶段混凝土内部应变的变幅很大,并且普通混凝土应变的变幅比钢纤维混凝土应变的变幅大得多.如普通混凝土内部3个测点应变的变化范围分别为0～23×10-6,0～63×10-6,-1×10-6～32×10-6,钢纤维混凝土内部3个测点应变的变化范围分别为0～19×10-6,-13×10-6～0,0～30×10-6.在混凝土初凝之后,无论是普通混凝土还是钢纤维混凝土,内部的温度表现出与外界环境温度相同的变化规律.如在浇筑完成之后的第11天,当环境温93第1期杨　勇,等　钢纤维混凝土力学性能试验研究94河海大学学报(自然科学版)第34卷度由2.2℃变化到4.9℃时,普通混凝土内部3个测点温度的变化范围分别为2.5～3.6℃,3.3～4.1℃,2.8～4.4℃,钢纤维混凝土内部3个测点温度的变化范围分别为2.5～3.8℃,2.8～3.7℃,3.2～4.2℃.而此阶段混凝土内部应变的变幅都很小,并且普通混凝土应变的变幅与钢纤维混凝土应变的变幅一致.如普通混凝土内部3个测点应变的变化范围分别为71×10-6～74×10-6,114×10-6～117×10-6,73×10-6～77×10-6,钢纤维混凝土内部3个测点应变的变化范围分别为68×10-6～72×10-6,50×10-6～53×10-6,74×10-6～78×10-6.3　结 论a.钢纤维混凝土立方体抗压强度、抗弯强度随着钢纤维掺量的增加而增大.b.在钢纤维掺量不变的情况下,钢纤维混凝土的抗压弹性模量随着龄期的增加而提高.c.在混凝土中增加钢纤维的掺量,会显著地提高混凝土的断裂能.这说明钢纤维混凝土有非常明显的阻裂作用.但从混凝土断裂能随位移的变化曲线可以看出:当试件变形位移较小时,在混凝土中掺加钢纤维并不能增加断裂能的数值;只有当试件变形位移较大时,在混凝土中掺加钢纤维才能有效地增加断裂能的数值.这也说明钢纤维对混凝土起裂的限制作用不明显.d.在混凝土初凝之前,无论是普通混凝土还是钢纤维混凝土,内部温度都表现出与外界环境温度不同的变化规律,并且混凝土内部应变的变幅很大,普通混凝土应变的变幅比钢纤维混凝土应变的变幅大得多;在混凝土初凝之后,无论是普通混凝土还是钢纤维混凝土,内部的温度都表现出与外界环境温度相同的变化规律,并且此阶段混凝土内部应变的变幅都很小.参考文献:[1]高丹盈,刘建秀.钢纤维混凝土基本理论[M].北京:科学技术文献出版社,1994:51-155.[2]赵挺生,方东平,顾祥林.施工期现浇混凝土结构的受力特性[J].工程力学,2004,21(2):62-68.[3]LIU X L,CHEN W F,BROWMAN M D.Construction load analys is for concrete structures[J].Journal of Structural Engineering,1985,111(5):1019-1036.[4]LEE H M,LIU X L,CHEN W F.Creep analysis of concrete buildings during construction[J].Journal of Structural Engineering,1991,17(10):3135-3148.[5]曹志远.土木工程分析的施工力学与时变力学基础[J].土木工程学报,2001,34(3):41-46.[6]张建仁,王海臣,杨伟军.混凝土早期抗压强度和弹性模量的试验研究[J].中外公路,2003,23(3):89-92.[7]程秀菊,朱为玄.钢纤维混凝土K I C计算公式初探[J].河海大学学报:自然科学版,2005,33(4):452-454.[8]程庆国,高路彬.钢纤维混凝土理论及应用[M].北京:中国铁道出版社,1999:109-133.Experimental study on mechanical performance ofsteel fibre reinforced concreteYA NG Yong,REN Qing-wen(C ollege of Civil Engine ering,Hohai University,Nanjing210098,China)A bstract:An experimental study was performed on the compressive str ength,flexural strength,elastic modulus,and fracture ener gy of steel fibre r einforced concrete from an angle of effective utilization of this kind of concr ete.Some conclusions are dra wn:the compressive strength and flexural str ength of cubic specimens of steel fibre reinforced concrete incr ease with the dosage of steel fibre;without change of dosage of steel fibre,the elastic modulus of steel fibre reinforced concrete incr eases with the concrete age;steel fibre reinforced concrete is of obvious function in cracking resistance,but ther e is no obvious function in avoidance of cracking;for both com mon concr ete and steel fibre reinforced concrete,the variation of the internal temperature is different from that of the external temperature before the initial set of concrete,and the internal strain of both t w o kinds of concrete is great,and,in general,the variation of strain of common concrete is much greater than that of the steel fibre reinforced concrete;after the initial set of c oncrete,the variation of the internal temperature of both two kinds of concrete is similar to that of the external temperature,and the variation of the internal strain is relatively small.Key words:concrete;steel fibre;mechanical perfor mance;temperature;strain。

第25卷 增1岩石力学与工程学报 V ol.25 Supp.12006年2月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb.，2006收稿日期：2005–06–21；修回日期：2005–09–09 基金项目：上海市岩土工程重点学科资助项目作者简介：闫治国(1977–)，男，2000年毕业于西南交通大学土木工程专业，现为博士研究生，主要从事地下数值计算方面的研究工作。

E-mail ：yanzguo@地铁隧道钢纤维混凝土管片力学性能研究闫治国，朱合华，廖少明，刘丰军(同济大学 地下建筑与工程系，上海 200092)摘要：为研究施工荷载作用下，管片局部抗压及环缝等薄弱部位的受力性能，对钢纤维混凝土管片的力学性能进行了三维数值模拟及现场试验，研究内容包括：(1) 千斤顶作用下管片的局部抗压性能；(2) 盾构直线推进及纠偏工况时管片的力学性能。

研究结果表明，在最大施工荷载(900 kN)作用下，管片局部抗压性能及手孔等应力集中部位均满足设计要求。

同时，管片在施工荷载作用下没有裂缝产生，说明钢纤维混凝土管片抗裂性能较强。

这也表明钢纤维的加入，大大提高了混凝土管片的力学性能，钢纤维混凝土管片用于地铁隧道工程是可行的。

关键词：隧道工程；钢纤维管片；接头性能；数值模拟中图分类号：U 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)增1–2918–06A STUDY ON PERFORMANCE OF STEEL FIBER REINFORCEDCONCRETE SEGMENTYAN Zhiguo ，ZHU Hehua ，LIAO Shaoming ，LIU Fengjun(Department of Geotechnical Engineering ，Tongji University ，Shanghai 200092，China )Abstract ：The results of a numerical analysis and field measurement research of the performance of steel fiber reinforced concrete segments(SFRCS) in the shield tunnel of Shanghai Rail Transit Project Line 6 are presented. The objectives of this study are to investigate the mechanical behaviors of SFRCS during construction stage. The scope of the research involves ：(1) the evaluation of the behaviors of the segment against the thrust forces of shield jacking ；(2) the distribution of stress and strain of segment body ；and(3) the distribution of stress and strain of circumferential joints of segments. According to the contacting condition between segment rings ，the nonlinear finite element analyses were applied. At the same time ，the field test was carried out using actual lining segments at one shield tunnel construction site. The results show that safety against the thrust forces of shield jacks ，distribution of tension strain in segment body and joint meet the requirements of design and construction. No cracking has been found in segments under the construction loadings. This shows that the steel fibers provide the concrete segment an improved crack resistance. The performance of the segment has been enhanced by the addition of steel fibers ，and SFRCS can be applied as a reasonable tunnel lining for subway tunnel.Key words ：tunnelling engineering ；steel fiber reinforced concrete segment ；joint performance ；numerical simulation1 引 言目前盾构隧道中使用的大部分为钢筋混凝土管片。

钢纤维混凝土增韧性能研究及韧性特征在地下结构计算中的应用的开题报告一、选题背景地下结构在现代建筑中扮演着越来越重要的角色，例如地下停车场、地下商场、地下车库、地铁站等等，这些工程在建设和使用中要求结构材料具有良好的耐久性、耐久性、抗裂性等性能，其中韧性性能尤为重要。

本文选题即是为提高地下结构的韧性性能，研究钢纤维混凝土在地下结构中的应用。

二、研究目的本研究的主要目的是通过实验研究和数值模型分析，探讨钢纤维混凝土在地下结构中的增韧性能，并对韧性特征在地下结构计算中的应用进行探讨，为地下结构设计提供有力支撑。

三、研究内容1. 钢纤维混凝土的性能研究：通过文献调研和实验室试验，综合分析钢纤维掺量、长度、形状等因素对钢纤维混凝土性能的影响；2. 钢纤维混凝土的增韧性能研究：通过三点弯曲试验、拉伸试验等方法研究钢纤维混凝土的增韧性能及其变化规律；3. 钢纤维混凝土在地下结构中的应用研究：结合实际工程，选取地下停车场作为案例，通过数值模拟分析钢纤维混凝土的韧性特征在地下结构计算中的应用。

四、研究方法1. 文献调研法：对国内外相关文献进行综合研究和分析；2. 实验室试验：通过制备混凝土试块和试件，进行强度和韧性测试；3. 数值模拟分析：通过有限元软件进行数值模拟，分析地下结构的受力性质及钢纤维混凝土的应力分布。

五、研究意义1. 提高地下结构的韧性性能；2. 探究钢纤维混凝土增韧性能的影响因素及其变化规律；3. 研究钢纤维混凝土在地下结构中的应用价值。

六、预期成果通过文献综述分析、实验室试验和数值模拟分析，本研究将得出以下成果：1. 钢纤维混凝土的性能特点及其增韧机理；2. 钢纤维混凝土在地下结构中的应用方案；3. 地下结构增韧设计和施工指南。

七、研究进度安排1. 第一周至第二周：文献综述，熟悉钢纤维混凝土的相关知识；2. 第三周至第五周：实验室试验，研究钢纤维混凝土的性能特点及其增韧机理；3. 第六周至第八周：数值模拟分析，研究钢纤维混凝土在地下结构中的应用方案；4. 第九周至第十周：论文撰写、修改八、参考文献1. ACI Committee 544. State-of-the-art report on fiber reinforced concrete. ACI Committee 544; 2009.2. Guo YC, Zhang SS. Study on toughness and microstructure of high performance steel fiber concrete. Advanced Materials Research; 2012; 415-417:3088-3091.3. Lu C, Zhang W, Song R, Sun B. Study on mechanical properties of steel fiber reinforced concrete. Applied Mechanics and Materials; 2014; 583:725-728.4. Ma H, Zhao XL. Post-cracking behavior of steel fiber-reinforced concrete under uniaxial tension. Construction and Building Materials; 2016; 111:54-64.5. Tasdemir MA, Yüksel I, Güneyisi E. Experimental study on the effects offiber type, volumetric ratio, and silica fume addition on the fresh and hardened state properties of self-compacting concrete. Materials and Structures; 2016; 49(10):4249-4267.。