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早龄期钢纤维混凝土弯曲韧性与断裂性能试验研究

2020-12-06阅读(536)

早龄期钢纤维混凝土弯曲韧性与断裂性能试验研究

论文摘要

钢纤维混凝土的弯曲韧性和断裂性能是钢纤维混凝土的重要力学性能。随着研究的不断深入,掌握早龄期钢纤维混凝土力学性能的发展规律并采取相应措施,这将有助于钢纤维混凝土工程的长期质量。本文围绕早龄期钢纤维混凝土的力学性能,主要作了如下研究工作:（1）设计并制作了54个立方体试件和27个小梁试件,进行了早龄期钢纤维混凝土的抗压、劈裂抗拉和抗折强度试验,并进行了两种龄期不同纤维掺量试件强度的对比,得到了强度随龄期发展的拟合公式。7天龄期强度可以达到28天龄期强度的60%～75%,其中抗折强度增长幅度最大。这将为工程应用中预测钢纤维混凝土的强度发展提供参考依据。（2）设计并制作了36个小梁试件,进行了早龄期钢纤维混凝土弯曲韧性试验,并分别利用ASTM C1018韧度指数法和德国纤维混凝土标准DBV法对试验结果进行评价。结果表明,早龄期钢纤维混凝弯曲韧度指数比值均介于1.95～2.20之间,与理想弹塑性参数2较为接近。剩余强度系数在88.0～134.4之间变化,表明该类型钢纤维混凝土有良好的塑性性能。龄期对钢纤维混凝土韧度指数影响不明显,但纤维掺量对韧度指数有较大影响,且对早龄期混凝土影响显著。（3）设计并制作了36个带预制裂缝小梁试件,进行了早龄期钢纤维混凝土断裂性能试验,就断裂能和断裂韧度这两个重要参数进行断裂韧性评价,得到了断裂韧度和断裂能与龄期发展关系的公式:GF=1116.92+816.02x-13.06x2,KIC=2.235-10.57/（1+exp（x+10.876）/7.857）。由于劈裂抗拉破坏与三点弯曲断裂试件破坏机理相似,建立了劈裂抗拉强度与断裂韧度的关系公式:KIC=-0.3361+0.7641ft-0.0446ft2。经验算,与试验结果误差较小,故可以通过劈裂抗拉试验间接评价早龄期钢纤维混凝土断裂韧度。（4）利用数值模拟软件MFPA2D,从细观角度对钢纤维混凝土弯曲韧性和三点抗弯试件的断裂损伤过程进行数值模拟,模拟结果与试验结果吻合良好。更重要的是,数值模拟从弹性模量图、应力变化图及声发射图等方面显示出室内试验无法看到的微观破坏现象。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  • 1.1 选题的背景及意义
  • 1.2 钢纤维混凝土的发展与应用
  • 1.2.1 钢纤维混凝土的国内外发展
  • 1.2.2 钢纤维混凝土的应用
  • 1.3 钢纤维混凝土的基本性能
  • 1.4 研究内容与研究方法
  • 1.4.1 研究内容
  • 1.4.2 研究方法
  • 2 钢纤维混凝土的基本理论
  • 2.1 钢纤维混凝土的增强基本理论
  • 2.1.1 复合力学理论
  • 2.1.2 纤维间距理论
  • 2.1.3 界面效应理论
  • 2.2 早龄期钢纤维混凝土的增强、增韧机理
  • 2.2.1 钢纤维混凝土承受荷载前的阻裂增强作用
  • 2.2.2 钢纤维混凝土承受荷载后的增韧机理
  • 2.3 钢纤维在混凝土中分布形态的数学描述
  • 0'>2.3.1 纤维方向系数η0
  • v'>2.3.2 分散系数β与纤维体积率有效系数ηv
  • 3 早龄期钢纤维混凝土强度发展规律的试验研究
  • 3.1 试验概况
  • 3.1.1 试验材料
  • 3.1.2 配合比设计
  • 3.1.3 试件制作与养护
  • 3.2 试验设备
  • 3.3 试验方法及结果分析
  • 3.3.1 立方体抗压强度试验
  • 3.3.2 劈裂抗拉强度试验
  • 3.3.3 抗折强度试验
  • 3.4 本章小结
  • 4 早龄期钢纤维混凝土弯曲韧性试验研究
  • 4.1 钢纤维混凝土弯曲韧性的评价方法
  • 4.1.1 JCI弯曲韧度系数法
  • 4.1.2 ACI544委员会韧度指数法
  • 4.1.3 ASTM C1018韧度指数法
  • 4.1.4 德国纤维混凝土标准DBV法
  • 4.2 试验概况
  • 4.3 试验结果
  • 4.3.1 ASTM C1018韧度指数法试验结果
  • 4.3.2 德国DBV韧度指数法试验结果
  • 4.3.3 早龄期钢纤维混凝土荷载-挠度全曲线
  • 4.4 本章小结
  • 5 早龄期钢纤维混凝土断裂性能试验研究
  • 5.1 混凝土断裂力学的发展
  • 5.2 钢纤维混凝土的断裂模型
  • 5.3 钢纤维混凝土断裂性能基本参数
  • IC'>5.3.1 断裂韧性临界强度因子KIC
  • F'>5.3.2 钢纤维混凝土断裂能GF
  • 5.4 试验概况
  • 5.5 试验结果
  • 5.5.1 断裂韧度试验结果
  • 5.5.2 断裂能的试验结果
  • 5.5.3 荷载-位移曲线分析
  • 5.6 本章小结
  • 6 钢纤维混凝土小梁断裂损伤数值模拟
  • 6.1 概述
  • 6.2 数值方法简介
  • 6.3 数值试样的建立
  • 6.3.1 数值计算的基本思路
  • 6.3.2 计算模型及参数设置
  • 6.4 模拟结果
  • 6.4.1 钢纤维混凝土四点抗折破坏过程的数值模拟
  • 6.4.2 钢纤维混凝土三点抗弯破坏过程的数值模拟
  • 6.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者简介及读研期间主要科研成果

    • 相关论文文献

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