高延性纤维增强水泥基复合材料性能试验及悬臂受弯试件数值模拟

论文摘要

混凝土材料是目前世界上用量最大、应用最广泛的建筑材料，其在具有许多优异性能的基础上，也存在着抗拉强度低、脆性大和易开裂等缺点，使实际工程使用中往往会导致结构的破坏，影响其正常使用。在混凝土中掺加纤维有助于克服上述缺点，提高混凝土的抗拉性能、抗弯强度、抗剪强度，增强混凝土的韧性、抗冲击性，改善混凝土的抗裂性、抗渗性以及耐磨损性，提高混凝土的耐久性，从而提高建筑物的质量和使用寿命。高延性纤维增强水泥基复合材料（Engineering Cementitious Composites，简称ECC），属于一种新型的高性能纤维混凝土，在直接拉伸作用及弯曲作用下均具有准应变硬化和多缝开裂的典型特征，其极限拉伸应变能够稳定地达到3%以上，裂缝宽度保持在100μm左右。它以其高延性和优异的耐久性逐渐被人们重视，在实际工程中具有广泛的应用前景。美国、日本及欧洲等发达国家已经将ECC应用到实际工程中，并取得了良好的工程效果，但是在国内，有关ECC的研究才刚刚开始。本文借鉴国内外ECC的研究成果，使用聚乙烯醇纤维作为增韧材料，对ECC进行了力学性能的试验，具体工作如下：1.通过抗压试验研究了ECC立方体试件和棱柱体试件的抗压性能，并对棱柱体进行了抗折试验，与砂浆试件进行了比较；测得了ECC棱柱体试件和砂浆棱柱体试件的弹性模量及泊松比。2.通过四点弯曲试验研究了ECC梁试件的抗弯性能。观察ECC受弯时裂缝开裂形态及准应变硬化的特征，根据试验结果，评价了ECC梁的受弯性能，计算了其弯曲韧性指标。3.通过OpenSees软件分析了PVA-ECC高延性对R-ECC悬臂受弯试件在水平往复荷载作用下抗弯性能的影响；并与普通混凝土受弯试件进行了比较。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景和研究意义
• 1.2 课题来源
• 1.3 发展及研究现状
• 1.3.1 ECC 概述及发展
• 1.3.2 ECC 国内外研究现状
• 1.3.3 ECC 主要力学性能的研究
• 1.3.4 ECC 耐久性的研究
• 1.3.5 ECC 钢筋结构构件的研究
• 1.3.6 ECC 的工程应用
• 1.3.7 ECC 的应用前景
• 1.4 本课题主要研究内容
• 第2章 ECC 的理论研究
• 2.1 引言
• 2.2 ECC 的微观设计原理
• 2.2.1 微观破裂过程
• 2.2.2 纤维桥接力学关系
• 2.2.3 准应变硬化的实现
• 2.2.4 裂缝间距的理论推测
• 2.2.5 准应变硬化性能参数
• 2.2.6 临界纤维体积掺量
• 2.3 ECC 材料选择
• 2.3.1 纤维的选择
• 2.3.2 基体的选择
• 2.3.3 配合比的选择
• 2.5 小结
• 第3章 高延性纤维增强水泥基复合材料抗压性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验配合比
• 3.3 试验原材料
• 3.4 试验设计
• 3.5 试件制作
• 3.6 试验方法
• 3.6.1 抗折试验
• 3.6.2 抗压试验
• 3.7 实验结果及分析
• 3.7.1 抗压强度
• 3.7.2 抗压破坏形态
• 3.7.3 弹性模量和泊松比
• 3.8 本章小结
• 第4章 高延性纤维增强水泥基复合材料抗弯性能研究
• 4.1 前言
• 4.2 试验设计与试验设备
• 4.3 试验数据的计算和评价方法
• 4.3.1 梁抗弯性能评价
• 4.3.2 梁弯曲荷载-挠度曲线及裂缝形式
• 4.4 梁弯曲韧性评价
• 4.4.1 梁弯曲韧性评价方法
• 4.4.2 梁韧性评价结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 R-ECC 悬臂受弯试件数值模拟
• 5.1 前言
• 5.2 悬臂受弯试件的有限元模型建立
• 5.2.1 材料本构模型
• 5.2.2 材料参数选择
• 5.2.3 悬臂受弯试件设计
• 5.3 PVA-ECC 悬臂受弯试件模型分析
• 5.3.1 试验加载制度
• 5.3.2 滞回特性分析
• 5.4 结论
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录：攻读学位期间发表的学术论文及参与的课题