聚丙烯纤维混凝土梁试验研究及非线性数值分析

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发布时间：2021-09-27

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聚丙烯纤维混凝土梁试验研究及非线性数值分析
李艳艳，一，李强。，涂金龙 1,2，刘坤
(1．河北工业大学土木工程学院，天津 300401；2．河北省土木工程技术研究中心，天津 300401；
3．唐山学院，063000；4．河北工业大学校园规划处，天津 300130)
摘要：为研究聚丙烯纤维混凝土结构的受力性能，对 6根不同掺入量的聚丙烯纤维混凝土梁进行了试验研
究，并利用 ANSYS有限元分析软件对其受力过程进行了非线性数值仿真模拟。研究结果表明：掺入聚丙烯纤维的混
凝土梁裂缝宽度较相同条件下未掺入聚丙烯纤维的混凝土梁小，聚丙烯纤维能够提高混凝土梁的抗裂性能；配置
HR_B500级钢筋的聚丙烯纤维混凝土梁在使用阶段能够满足《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)裂缝宽度限
值的要求；非线性有限元数值模拟结果与试验结果吻合较好，该方法能够有效地模拟聚丙烯纤维混凝土梁的受力过
程。
关键词：高强钢筋；混凝土梁；聚丙烯纤维；裂缝宽度；数值分析
Abstract：In order to investigate the mechanical properties of polypropylene fiber reinforced concrete structure，6
polypropylene fiber reinforced concrete beams which have different dosages of polypropylene fiber are analyzed，and using
the finite element analysis software ANSYS，nonlinear numerical simulation for the process of experiment is carried out．
I e resuhs show that the crack widths of polypropylene fiber concrete beam are smaller than the unincorporated ones the
polypmp~ene fiber can improve the crack resistance of concrete beams． n1e polypropylene fiber concrete beams reinforced
with HRB500 can meet to the requirements of the crack width limits of”Design Specification of Concrete Structures”fGB
50010—2010)during the using phase．And the nonlinear finite element numerical simulation agrees well with the
experimental results，which indicates that this method can effectively simulate the force process of polypropylene fiber
reinforced concrete beams．
Key words：High strength steel bar；Concrete beam；Polypropylene fiber；Crack width；Numerical analysis
中图分类号：TU525 文献标识码：A 文章编号：1000—4637(2013)02-53—04
0 前言
HRB500级钢筋作为 GB 50010--2010{混凝土
结构设计规范》推荐采用的受力主筋，具有强度
高，延性好、降低材料消耗等优点，但对于提高构件
的变形能力的作用并不明显，可能导致结构出现过
大的裂缝从而不能满足结构的适用性要求圆。而聚
丙烯纤维作为一种增强材料，可以有效增强混凝土
抗冲击性及柔韧性，提高普通混凝土力学性能l3 。
可见，在高强钢筋混凝土中掺入适量聚丙烯纤维成
为一种提高强钢筋混凝土构件抗裂性能的科研思
路。同时，现有文献中虽然也有一些聚丙烯纤维混
凝土数值模拟的分析[5-7]，但是对配置 HRB500级钢
筋的聚丙烯纤维混凝土构件的受力性能的数值模
拟分析尚未发现。因此，本文通过配置高强钢筋的
聚丙烯纤维混凝土梁的受弯试验来分析聚丙烯纤
维对混凝土抗裂性能的影响，并在试验分析基础上
利用有限元软件 ANSYS模拟聚丙烯纤维混凝土梁
基金项目：河北省自然科学基金项目(E2009000073)。
的工作性能。
1 试验概况
对 6根不同聚丙烯纤维掺入量的配置 HRB500
级钢筋的混凝土梁进行了受弯性能试验，构件分为
L、LX—A及 LX—B三组，每组两根混凝土梁。其中，L
系列的混凝土梁未掺人聚丙烯纤维，LX—A、LX—B
系列为掺人定量聚丙烯纤维的混凝土梁，其掺入量
分别为 0．9kg／m 和 1．2kg／m 。本试验皆为破坏性试
验，采用两点对称集中加载方式。试验梁的截面形
式如图 1所示，配筋情况如表 1所示。聚丙烯纤维
的参数如表 2所示，混凝土及 HRB500级钢筋的相
关力学性能如表 3、表 4所示。