邓鑫，李建锟

（1.武汉市中心工程检测有限公司，武汉 430014；2.武汉科技大学，武汉 430070）

1 引言

织物增强混凝土(Fabric Reinforced Concrete，TRC)[1]是指一种较新研发的高性能纤维水泥基复合材料，它实际上是一种多股轴联纤维纺织物和高性能精细增强混凝土体系的理想结合，具有极良好的纤维定向增强能力和抗限裂增强能力[2-6]。TRC不仅能够用来提高混凝土构件自身的耐久性、抗裂性、韧性、承载负荷能力等以及混凝土各项工程力学性能，它的抗腐蚀、放电磁化能力等物理特性，还可以使其较好地直接被运用在许多具有特殊工程环境要求的大型建筑物中[7-13]。我国作为建筑大国，对于建筑材料的质量要求尤其高，所以研究TRC各项性能以及将其正确运用在建筑物中尤为重要。本文将在前人的研究基础上对TRC的受拉性能进行总结论述。

2 TRC受拉力学性能影响因素

柴旭、王伯昕在文献[14]中研究了板件厚度不同对TRC抗拉性能的影响。为了考虑厚度对TRC薄板抗拉性能的影响，制作了3种不同尺寸的TRC薄板试件。实验结果表明，不同厚度的TRC薄板的应力-应变曲线的形状特征相近，并且TRC薄板的受拉性能与试件厚度密切相关，其抗拉强度随着TRC薄板厚度的增加而逐渐降低。

徐世、阎轶群在文献[15]中研究了薄板配网率对TRC抗拉强度的影响。根据Aveton-Cooper-Kelly理论，对TRC单轴拉伸应力-应变曲线[16]进行了模拟。试验结果表明，对于配网率为0.85%、0.96%的试件，即配网率大于临界配网率的试件，随着配网率的提高，试件裂缝宽度减小，裂缝间距增大，最高承载力有所提高[17]，TCR单轴拉伸极限荷载大于开裂荷载，TRC结构有很好的开裂形态。

姚一鸣等[18]利用ABAQUS数值计算方法，研究了织物层数和短纤维掺量对TRC拉伸性能的影响，分别建立了TR-ECC拉伸本构模型、TR-UHPC拉伸本构模型[19]进行模拟分析。研究结果表明，两层纤维织物能显著增加模型的拉伸强度，同时加入合适配比的钢纤维能取得更好的协同效应。

殷梦缇等[20]系统研究讨论了混凝土在氯盐干湿、氯盐冻融循环[21]和其他常规环境下纤维网层数、种类对纤维编织网增强混凝土的拉伸性能变化的影响。研究分析结果表明：无论处在哪个环境系统中，纤维混凝土编织的层数增加均可大大提高纤维混凝土的抗拉伸性能，并且碳纤维比玄武岩纤维的增强作用更明显；掺入短切AR-glass纤维混凝土能大幅提高纤维混凝土的拉伸极限荷载。

Barhum R和Mechtcherine V在文献[22]～[24]中研究了掺入短纤维对TRC薄板抗拉性能的影响。结果表明，外掺短切玻璃纤维和碳纤维对TRC薄板的抗拉性能有显著的改善，TRC薄板的断裂强度也有显著提高，但掺入短切纤维对TRC薄板极限强度的提高幅度不明显。另外，掺入短纤维的TRC薄板的裂缝形态明显改善，当掺入的短切玻璃纤维呈分散式时，TRC薄板多裂缝开展阶段的应变增加2倍，裂缝呈现多而细的特点；当掺入的短切玻璃纤维呈束状时，基体混凝土与编织网之间的界面性能得到很好的改善。

综上所述，织物增强混凝土的抗拉力学性能是由多方面的因素影响的，可以是板件的厚度，也可以是织物的种类、层数和织物的配网率，抑或是外掺的短纤维类型和状态。改变不同的影响因素都可以增强TRC抗拉力学性能，性能的增强体现在试件开裂形态更好，试件裂缝宽度减小、裂缝间距增大；基体混凝土和织网的界面性能得到很好的改善；混凝土的拉伸极限荷载大幅提高。

3 TRC材料受拉力学性能的理论计算模型

Hegger J等[25]采用只考虑两层纤维的分层模型来模拟TRC的抗拉性能，并根据模型提出了表层纤维和核心纤维的应力计算表达式。

此模型研究了两层纤维的TRC的抗拉性能，模型考虑了两层的一个分层情况，得出的应力计算公式考虑了纤维丝的周长、面积、所占比例和黏结系数等，整体来说是比较全面具体而且整洁的。

尹世平、徐世在文献[26]中首次通过TRC薄板拉伸的试验方法确定求出了纤维束之间的拉伸应力-应变关系，并分别以此结果进行了实验做了分析验证。为了全面有效地改善细粒混凝土[27]和纤维编织网的连接性能，对混凝土纤维编织网表面[28]分别设计并进行了不沾砂、沾细沙和沾粗砂的技术处理方式，对于不沾砂试件，采取了仅在细粒混凝土砂浆掺量加入含量约在1.0 kg/m3的聚丙烯纤维改性[29]。当纤维编织网直接埋入混凝土构件之中后，碳纤维束之间存在的应力-应变关系可直接简化为如式（1）和式（2）所示的双线性本构方程：

式中，σf为纤维束的拉应力；εf为纤维束的拉应变；εfy为纤维束开始单独承载时应变；εfu为纤维束的极限拉伸应变；σfy为与εfy对应的应力；参数m和k是与εfy有关的参数，由式（3）和式（4）确定：

为更好地验证双线性本构方程的合理性，尹世平、徐世用两种具有不同尺寸、跨度和纤维编织网层数的系列试件进行了四点弯曲试验[30]，基于受弯构件计算理论，采用碳纤维束拉伸模型得到的两种系列试件的计算值与试验值基本一致，论证了双线性本构方程的合理性。

此模型利用双线程本构方程简洁直观地反映了碳纤维束TRC薄板拉伸的应力-应变关系，试验中充分考虑了不同的编织网表面处理方式，并用两种不同的系列试件进行验证，证明了该双线性方程的合理性。此模型可以作为织物增强混凝土受拉力学性能计算依据。

4 结论与展望

本文对织物增强混凝土抗拉力学性能的多种影响因素和各个影响因素对织物增强混凝土抗拉力学性能增强的表现以及TRC薄板拉伸的应力-应变关系计算模型进行了论述，讨论分析了近年来国内外学者在这方面的研究成果，主要有以下几点。

1）织物增强混凝土克服了普通混凝土抗裂性差等诸多缺点，结合了纤维的高韧性和极强的定向增强能力，作为混凝土构件，抗拉力学性能得到提高，是一种非常好的新型建筑材料。

2）试件厚度，配网率，短纤维掺量，织网的配网率、层数和种类等都会对TRC的抗拉性能产生影响。

3）TRC的抗拉力学性能提高主要表现是试件开裂形态更好，如试件裂缝宽度减小、裂缝间距增大，以及混凝土的拉伸极限荷载得到大幅提高。

4）利用分层模型模拟TRC的抗拉性能，提出了表层纤维和核心纤维的应力计算表达式，利用TRC薄板拉伸的试验方法得出了碳纤维束之间的拉伸应力-应变关系，初步揭示了织物增强混凝土的理论计算模型。

目前，对织物增强混凝土受拉本构模型的研究不够深入，对其研究相对较少，没有精确的理论公式来描述其抗拉强度，应加强本构关系模型的建立和定量计算方法的研究。