钢纤维高强混凝土增强、增韧机理及基于韧性的设计方法研究

论文摘要

纤维混凝土作为一种高性能混凝土建筑材料,在我国工程建设领域得到非常广泛的应用。为了适应纤维混凝土向高强度、高性能方向的发展和应用趋势,根据中国工程建设标准化协会的要求,中国土木工程学会纤维混凝土委员会委托大连理工大学为主编单位,经对原协会标准《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》CECS 38:92进行全面修订,制定了新的标准《纤维混凝土结构技术规程》CECS 38:2004。在规程修订的前提下,本课题对钢纤维与高强砂浆的粘结性能,钢纤维高强混凝土的基本力学性能进行了系统的试验研究;深入分析了钢纤维与基体间的界面粘结机理,以及钢纤维对高强混凝土的增强、增韧作用;考虑钢纤维混凝土的韧性,提出了新的钢纤维混凝土工业建筑地面设计方法。 （1）.通过进行钢纤维与高强度水泥砂浆粘结拉拔试验,联系现有文献的试验资料,系统地研究了5种钢纤维（其中有4种为异型钢纤维）与4种强度等级高强砂浆基体的粘结性能。分析了基体强度、钢纤维类型和自身强度对界面极限粘结强度、纤维破坏形态的影响,讨论了不同类型钢纤维适用的基体强度范围。同时发现,随着基体砂浆强度的升高,在钢纤维与基体间界面粘结剪力的各个组分中,沿钢纤维体长分布的粘着力和广义摩擦力的提高最为显著。比较了钢纤维形状和砂浆基体强度对粘结滑移曲线特征和粘结拔出功的影响,当纤维出现拔断现象时,其增韧效果会大大降低。通过试验数据回归得出了不同类型钢纤维与高强水泥砂浆基体间极限粘结强度计算公式。 （2）.针对原有规程《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》CECS 38:92适用强度等级偏低的问题,本文对钢纤维高强混凝土的抗压、抗拉、弯曲、抗剪等基本力学性能进行了详细的试验研究,分析了钢纤维形状和自身强度、基体强度、钢纤维掺量等因素对钢纤维高强混凝土基本力学性能的影响。对基于复合材料理论的SFRC基本强度计算公式进行了回归,研究了钢纤维高强混凝土轴拉、弯曲荷载-变形全曲线的特性,提出了统一的钢纤维混凝土韧性评价模式。给出了钢纤维高强混凝土劈拉强度、轴拉强度和弯拉强度的关系式。通过试验建立了钢纤维高强混凝土单轴拉伸曲线计算模型。给出了钢纤维高强混凝土弯拉初裂强度和弯拉极限强度的关系公式。并且提出了新的钢纤维混凝土抗剪强度的计算公式,公式的计算结果与实验结果符合较好。 研究发现,在使用钢纤维来改善混凝土受压性能时,宜选取大长径比、自身强度高、小直径的线状钢纤维;提高钢纤维掺量对高强混凝土抗拉强度的改善作用比对普通强度混凝土明显,而对于轴拉初裂强度的提高与对于普通混凝土的提高基本相同;

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 钢纤维混凝土的发展和应用
• 1.2.1 钢纤维混凝土在国内外的发展
• 1.2.2 钢纤维混凝土的应用
• 1.3 高强混凝土的发展和应用
• 1.4 钢纤维高强混凝土的研究与发展
• 1.4.1 钢纤维与基体间的界面粘结
• 1.4.2 纤维增强复合材料力学模型
• 1.4.3 钢纤维高强混凝土力学性能
• 1.4.4 钢纤维对高强混凝土增强、增韧效能
• 1.4.5 钢纤维混凝土工业建筑地面
• 1.5 纤维混凝土结构技术规程修订
• 1.6 本文主要研究内容
• 2 钢纤维与高强水泥砂浆粘结性能的试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 试验设计
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 试件设计和制作
• 2.2.3 试验设备及方法
• 2.3 试验结果及分析
• 2.3.1 粘结强度
• 2.3.2 钢纤维与基体拔出荷载-滑移全曲线
• 2.3.3 钢纤维拔出功
• 2.4 本章结论
• 3 钢纤维高强混凝土力学性能试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验材料和配比
• 3.3 试验设计
• 3.3.1 钢纤维高强混凝土的抗压强度试验
• 3.3.2 钢纤维高强混凝土的拉伸性能试验
• 3.3.3 钢纤维高强混凝土的弯曲性能试验
• 3.3.4 钢纤维高强混凝土的抗剪性能试验
• 3.4 试验结果及分析
• 3.4.1 钢纤维高强混凝土抗压强度
• 3.4.2 钢纤维高强混凝土抗拉强度
• 3.4.3 钢纤维高强混凝土轴拉性能
• 3.4.4 钢纤维高强混凝土弯曲性能
• 3.4.5 钢纤维高强混凝土抗剪性能
• 3.5 本章结论
• 4 钢纤维对高强混凝土增强、增韧效能
• 4.1 引言
• 4.2 钢纤维从高强混凝土基体中粘结拔出细观分析
• 4.2.1 异型钢纤维的粘结拔出过程
• 4.2.2 异型钢纤维的粘结拔出曲线
• 4.3 钢纤维对高强混凝土材料的增强、增韧效能
• 4.3.1 作用在高强混凝土基体中的钢纤维
• 4.3.2 钢纤维对混凝土的增强、增韧作用
• 4.4 本章结论
• 5 基于韧性的钢纤维混凝土工业建筑地面设计方法研究
• 5.1 引言
• 5.2 钢纤维混凝土工业建筑地面设计
• 5.2.1 普通混凝土建筑地面设计
• 5.2.2 钢纤维混凝土工业建筑地面
• 5.2.3 Meyerhoff弹性地基上地面板屈服线理论
• 5.2.4 基于Meyerhoff韧性理论的SFRC地面板设计
• 5.2.5 钢纤维混凝土工业建筑地面板厚设计
• 5.2.6 钢纤维混凝土地面板承载力计算值与试验结果比较
• 5.3 本章结论
• 6 结论及展望
• 6.1 本文主要工作总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 创新点摘要
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书