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钢筋局部钢纤维高强混凝土板冲切性能研究

一、绪论

（一）研究背景与意义

随着现代建筑和基础设施建设向更高、更大型化以及特殊环境应用方向发展，对建筑材料的性能提出了严苛要求。高强混凝土凭借其高抗压强度、高耐久性等优势，在高层、大跨度建筑以及桥梁、水工结构等领域得到广泛应用。然而，高强混凝土自身存在脆性大、延性差的固有缺陷，在承受冲击荷载、地震作用或温度变化时，容易发生突然性脆性破坏，严重威胁结构的安全稳定性，极大地限制了其在一些对抗震、抗冲击性能要求较高的特殊工程场景中的应用。

钢纤维高强混凝土作为一种新型复合材料，在高强混凝土基体中均匀掺入适量的钢纤维，通过钢纤维与混凝土之间的协同作用，有效改善了高强混凝土的力学性能。钢纤维能够有效抑制混凝土内部微裂缝的产生与扩展，显著提高混凝土的抗拉、抗剪和抗冲击能力，增强其韧性和延性，从而弥补高强混凝土脆性大的不足，拓展了高强混凝土的应用范围，满足特殊工程领域对材料高性能的迫切需求。

在钢筋混凝土结构中，冲切性能是钢筋混凝土板的一项关键力学性能指标，它直接关系到结构在局部集中荷载作用下的安全性和稳定性。冲切破坏通常发生在柱与板、基础与上部结构等连接部位，这些部位在建筑结构中承担着传递竖向荷载的重要作用。一旦发生冲切破坏，往往具有突发性和脆性特征，会导致结构的局部失效，进而引发整个结构的连锁破坏，造成严重的安全事故和经济损失。因此，深入研究钢筋混凝土板的冲切性能，对于保障结构的安全可靠运行具有至关重要的意义。

传统的钢筋混凝土板在冲切性能方面存在一定的局限性，为了进一步提升钢筋混凝土板的冲切性能，研究人员提出了在混凝土板中局部掺加钢纤维的优化设计思路。局部掺加钢纤维能够在不显著增加材料成本的前提下，有针对性地增强板在关键部位（如柱周边等容易发生冲切破坏的区域）的抗冲切能力，提高结构的整体安全性和可靠性。这种优化设计方法不仅能够充分发挥钢纤维的增强作用，还能有效降低工程造价，具有显著的经济和工程价值。

然而，目前对于钢筋局部钢纤维高强混凝土板冲切性能的研究还不够深入和系统，许多关键问题尚未得到完全解决。例如，钢纤维的体积率、掺加范围以及混凝土基体强度之间的相互耦合作用对板冲切性能的影响机制尚不明确；如何准确建立考虑这些复杂因素的钢筋局部钢纤维高强混凝土板冲切极限承载力计算方法，仍然是当前研究的难点和热点问题。深入开展钢筋局部钢纤维高强混凝土板冲切性能的研究，对于揭示其冲切破坏机理，建立科学合理的设计理论和方法，指导工程实践具有重要的理论意义和工程应用价值。

（二）国内外研究现状

钢纤维混凝土自问世以来，因其优异的性能受到了国内外学者的广泛关注，在基本力学性能方面的研究已取得了丰硕成果。众多研究表明，钢纤维的加入能够显著提升混凝土的抗拉强度。如文献通过对不同钢纤维掺量的混凝土试件进行拉伸试验，发现随着钢纤维体积率从0增加到2.0%，混凝土的抗拉强度提升了30%-80%，这是因为钢纤维在混凝土基体中起到了桥接裂缝的作用，阻碍了裂缝的进一步扩展。在抗压强度方面，虽然钢纤维对高强混凝土抗压强度的提升幅度相对较小，但能够改善其受压破坏形态，使其从脆性破坏转变为延性较好的破坏模式。对于抗剪强度，研究发现钢纤维能够有效增强混凝土的抗剪能力，当钢纤维体积率达到1.5%时，抗剪强度可提高25%-50%，其作用机理在于钢纤维能够承担部分剪力，增强混凝土内部的咬合力。

在钢纤维高强混凝土的研究方面，学者们主要聚焦于钢纤维与高强混凝土之间的界面粘结性能以及钢纤维对高强混凝土韧性的影响。研究表明，钢纤维与高强混凝土之间良好的界面粘结是发挥钢纤维增强作用的关键，通过对钢纤维表面进行处理或优化混凝土配合比，可以提高两者之间的粘结强度。在韧性方面，钢纤维的加入能够显著提高高强混凝土的韧性，使其在承受冲击荷载时表现出更好的性能。

然而，当前针对“局部掺加”钢纤维模式下混凝土板冲切性能的系统性研究还存在不足。虽然有部分研究涉及钢纤维混凝土板的冲切性能，但大多是针对全截面掺加钢纤维的情况，对于局部掺加钢纤维时钢纤维体积率、掺加范围与混凝土基体强度的耦合影响机制，尚未形成清晰的认识。在建立冲切极限承载力计算方法时，现有的研究成果未能充分考虑这些复杂因素的综合作用，导致计算结果与实际情况存在一定偏差。

（三）研究目标与内容

本研究聚焦于钢筋局部钢纤维高强混凝土板，旨在通过试验研究与理论分析相结合的方法，深入揭示其冲切破坏机理，建立准确可靠的极限承载力计算方法，并优化钢纤维的掺配参数，为工程实践提供坚实的理论依据和技术支持。具体研究内容如下：

试验研究：设计并开展一系列钢筋局部钢纤维高强混凝土板的冲切试验，系统研究钢纤维体积率、掺加范围以及混凝土基体强度等参数对板冲切受力性能、破坏形态、裂缝