钢纤维高强混凝土的中应变率本构关系

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对纤维体积率为0～3%的钢纤维高强混凝土(SFRHSC)进行了中应变率的冲击压缩试验.试验表明,应变率从阀值提高到90 /s时,SFRHSC峰值应力增幅30%左右,弹性模量增幅50%左右,峰值应变增长幅度则是基体混凝土的2～3倍.集料-高强基体和钢纤维-高强基体的双重叠加效应,大大提高了基体的抗冲击强度和韧度,使SFRHSC试件在冲击荷载作用下呈现出"微裂而不散,裂而不断"的良好破坏形态,而在相近的冲击荷载下,基体混凝土试件成粉碎性破坏.根据试验结果建立了SFRHSC四参数率相关性本构方程,该方程同时考虑了应变率和应变对材料应力的影响.     

钢纤维再生混凝土动态冲击试验破坏形式研究

试验制作了一系列具有不同体积钢纤维掺量下的再生骨料混凝土试件,利用74 mm变截面分离式的霍普金森压杆(SHPB)进行了动态冲击压缩试验,研究了不同钢纤维掺量和气压值下再生骨料混凝土材料的破坏形态与模式,分析了材料的动态应变速率敏感性.结果表明,钢纤维再生混凝土的破坏形式与钢纤维体积掺量和应变速率有较高的相关性,对进一步进行深入研究具有指导意义.     

活性粉末混凝土冲击拉伸试验研究

采用霍普金森压杆(SHPB)对活性粉末混凝土(RPC)进行冲击劈裂拉伸和冲击轴向拉伸试验.结果表明:RPC冲击轴拉强度是冲击劈拉强度的一半左右;钢纤维提高了RPC冲击拉伸强度1～1.5倍,并使RPC破坏形态由脆性转为韧性,避免了试件的多块劈裂与多段断裂;随着纤维体积率的增大,动静态劈裂强度比值减小;造成RPC试件破坏的...     

冲击荷载下钢纤维混凝土的细观数值研究

针对不同钢纤维体积率的钢纤维混凝土(SFRC)建立了包含骨料、砂浆、界面过渡区(ITZ)和钢纤维的细观数值模型,并通过模拟分离式霍普金森压杆(SHPB)试验分析钢纤维混凝土在不同钢纤维体积率下微裂纹的萌生、扩展直到贯通的全过程.模拟研究发现:钢纤维加入后延迟了混凝土试件的破坏,同时增加了试件的延展性和韧性.     

高强混凝土巴西圆盘动态劈裂试验

以圆形紫铜片作为波形整形器,利用直径100 mm的霍普金森压杆装置,研究了不同弹速冲击下高强混凝土平台巴西圆盘试件的动态拉伸强度,得到了高强混凝土在冲击作用下的劈裂强度、破坏模式和应力时程曲线。试验结果表明:随着冲击应变率的提高,高强混凝土试件的动态劈裂强度和破坏程度不断增大,具有显著的应变率敏感性。高速冲击荷载下的混凝土断面区较为光滑,裂缝直接穿过石子导致试样断裂。     

被动围压下早龄期补偿收缩钢纤维混凝土冲击压缩性能试验

为了研究被动围压约束条件下早龄期混凝土动态力学性能,利用直径74 mm分离式霍普金森压杆进行试验。在不同加载气压钢质套筒被动约束条件下,测试7 d龄期补偿收缩钢纤维混凝土试件轴向或径向的应力和应变变化趋势。结果表明:补偿收缩钢纤维混凝土材料在被动围压下,延性和抵抗破坏能力显著加强,试件轴向应力-时间历程曲线和轴向应力-应变曲线可知,整个加载过程分为三个阶段。第一阶段为弹性阶段,由于试件刚性所致,应力增幅快;第二阶段为弹塑性阶段,试件逐步压缩变形,应力增长缓慢,应变增幅大;第三阶段为试件塑性破坏阶段,应力直线下降;在0.6 MPa、0.7 MPa和0.8 MPa气压作用下,试样典型轴向应力峰值为无围压条件单轴压缩SHPB实验时的1.5~1.8倍;试件破坏应变高达(23~27)×10-3,是无围压SHPB试验试件破坏应变的4~6倍;从试件破坏形态看,由于钢纤维掺入,试件仍保持较好的整体性,裂缝分布表征试件为压剪破坏。     

钢纤维混凝土抗冲击性能的数值模拟研究

为研究不同钢纤维体积分数与不同钢纤维长径比对混凝土基体抗冲击性能增强作用的影响,利用ANSYS/LSDYNA3D有限元计算软件,采用损伤材料模型,数值模拟了钢纤维混凝土圆柱体撞击素混凝土靶板的过程.分析了不同初速条件下靶板破坏体积与冲击动能的关系,并将数值模拟结果与试验结果比较.结果表明:钢纤维体积分数越大,钢纤维长径比越大,钢纤维混凝土基体的抗冲击性能越好;同时也说明,损伤材料模型能够很好地模拟混凝土类材料在冲击作用下的破坏情况.     

钢纤维高强混凝土抗剪性能试验研究

对29组共116个钢纤维高强混凝土抗剪试件进行了双面剪切试验,研究了钢纤维混凝土基体强度、钢纤维类型和钢纤维掺率对钢纤维高强混凝土抗剪强度的影响.试验结果表明:随着基体强度和钢纤维体积掺率的增加,钢纤维高强混凝土的抗剪强度逐步增高;在混凝土基体强度较高时,提高钢纤维掺量对钢纤维高强混凝土抗剪强度的改善作用有所减弱.试验中还发现,钢纤维混凝土抗剪强度受钢纤维横断面参数的影响很大,因此将现有的钢纤维混凝土抗剪强度计算公式中的纤维增强系数针对不同类型的钢纤维进行了修正,并考虑钢纤维直径的影响提出了新的计算方法,计算结果与试验结果符合较好.     

PVDF应力传感器的设计、标定及其在混凝土冲击试验中的应用

利用分离式霍普金森杆(SHPB)试验技术对PVDF应力传感器进行了压电系数的动态标定,标定值为27.21 PC/N.在落锤冲击试验机上完成了预埋PVDF应力传感器的混凝土圆柱体试件的轴向冲击试验,并利用PVDF应力传感器信号和试件轴向压缩曲线得到了混凝土在冲击加载条件下的动态应力应变曲线.由于混凝土试件在冲击加载过程中应力分布不均匀,预埋在试件中心的PVDF应力传感器测试的应力结果比用锤头冲击力计算出来的试件平均应力稍大.     

混凝土冲击拉伸力学性能及裂纹扩展试验研究和数值模拟

为真实反映混凝土材料劈裂拉伸力学性能,基于应变片法采用分离式霍普金森压杆对混凝土平台巴西圆盘试件进行了劈裂拉伸试验,研究了不同加载角对试件起裂方式及破坏模式的影响,并对试件破坏过程进行了扩展有限元模拟,同时与试验结果进行了对比分析,得到用于测试混凝土拉伸力学性能的最优加载角.基于此得到动态劈拉下3种不同强度混凝土的劈裂拉伸应力-径向应变曲线及抗拉强度、极限应变、拉伸敏感系数等参数的应变率效应.结果表明:20°加载角可以保证圆盘在中心起裂,用于测试混凝土劈裂拉伸性能最为可靠.在高应变率下,混凝土动态力学参数均具有明显的应变率效应,裂纹沿试件受力方向扩展、贯通直至试件沿加载直径方向劈裂为两半,破坏面表现为骨料破坏,与数值模拟结果一致.     

钢纤维混凝土抗冲击试验研究

采用SHPB装置对不同钢纤维体积率(Vf)的钢纤维混凝土(SFRC)进行多应变率动态力学性能试验研究,测出其应变率敏感阀值,试验表明,当应变率在阀值内升高时,SFRC峰值应力增长缓慢,弹性模量基本不变,应变率超过阀值后升高时,材料动态强度和弹性模量均增长较快,而且,Vf越大,动态强度提高幅度越大.在冲击条件下,钢纤维对SFRC最显著的贡献是增韧,当应变率较高时,基体试件破碎成渣,而同应变率时的SFRC试件还能够基本上保存中间的主体,呈现出"微裂而不散,裂而不断"的破坏形态.     

钢纤维高强混凝土单轴受压本构方程

采用微机控制电液伺服万能试验机,对纤维体积分数Vf为0～3％的钢纤维高强混凝土(SFRHSC)进行了单轴压缩试验,根据卖测的应力-应变曲线的特点提出了含2个参数A和B的单轴受压本构方程．A,B均随Vf的增大而增大,分别明确地反映了钢纤维对混凝土基体的增强和增韧能力．A越大,材料抗压强度fe与弹性极限应力的差值越大;B越大,曲线下降段越平缓．本文还给出了A,B与Vf,fe之间的关系式．     

基于细观模型的超高性能钢纤维混凝土SHPB试验数值模拟

超高性能钢纤维混凝土是一种极具创新性的水泥基复合材料,具有优异的力学性能,在结构抵抗极端荷载方面潜力突出.为研究超高性能钢纤维混凝土动态力学性能,利用LS_DYNA软件建立了由砂浆和钢纤维组成的细观数值模型.首先,通过静态压缩和劈裂试验对细观模型进行了验证.其次,对霍普金森压杆(SHPB)试验进行了数值模拟,并在细观尺度上解释了应力-应变历程,研究了钢纤维含量对超高性能钢纤维混凝土动态性能的影响.研究结果表明,该模型能够很好地预测超高性能钢纤维混凝土的静态和动态性能;当钢纤维在合理范围内(0%–2.5%)时,超高性能钢纤维混凝土动态强度随着钢纤维体积率的增加而显著增大;然而,超高性能钢纤维混凝土动态增强因子低于传统混凝土材料.同时,定量分析了钢纤维增强效果,并在试验和数值模拟的基础上推导了超高性能钢纤维混凝土的动态本构关系.     

高强混凝土及钢纤维高强混凝土高压状态方程的实验研究

利用内径57mm的一级气体炮,对直径50mm厚度10mm的高强混凝土（HSC）及3％的钢纤维高强混凝土（SFRHSC）试件进行平板撞击实验,通过锰铜计测试试件中应力波波形,分析应力波传播速度,得到了材料在应变率约10^5s^-1,压力0.65GPa-2.3GPa下的冲击绝热关系,结合现有试验,给出HSC及SFRHSC的状态方程。     

基于分形理论研究RTSF混凝土冲击压缩性能

为了研究回收轮胎钢纤维(RTSF)混凝土的冲击压缩性能,利用分离式霍普金森压杆对普通混凝土(F0)、工业钢纤维(ISF)混凝土和RTSF混凝土进行冲击压缩试验,统计冲击破坏后的碎块数量并计算分形维数.结果表明:RTSF混凝土冲击破坏形态分为三种类型,即周边张应变破坏、留芯破坏和整体破坏;应变率在55~125s^-1左右时,不同掺量RTSF混凝土的分形维数范围为1.33~2.25;分形维数随RTSF掺量增加出现先减小后增大的趋势,RTSF 0.75混凝土分形维数最小;不同掺量的RTSF混凝土的分形维数随应变率增加而增大;不同应变率下RTSF混凝土的动态抗压强度及断裂能均随分形维数的增加而增大;ISF 1.00的分形维数、动态抗压强度和断裂能均介于RTSF0.75和RTSF1.00之间,RTSF 0.75比ISF 1.00(纤维长度为35mm,长径比为65)能更有效提高混凝土的冲击压缩性能.     

基于统一相场理论和内聚力模型的钢纤维混凝土界面过渡区力学性能研究

为探究数值模拟中界面过渡区不同建模方式对钢纤维混凝土力学性能及其损伤、破坏过程的影响，基于统一相场理论和内聚力模型，针对含单根钢纤维的混凝土拉伸试验，采用2种方法建立钢纤维混凝土界面过渡区的数值计算模型，对比分析不同建模方式对钢纤维混凝土力学性能及其破坏形态的影响，并考察不同因素对含单根钢纤维的混凝土极限抗拉强度的影响。结果表明，对混凝土基体部分采用相场断裂模型、界面过渡区采用内聚力模型，无论是计算结果还是细观破坏形态，都具有较好的准确性和可靠性；初始裂缝位置取30 mm和35 mm的钢纤维混凝土抗拉强度比取25 mm时分别提高30.8%和75.7%,钢纤维埋置角度为15°,30°和45°时的钢纤维混凝土抗拉强度比0°时分别降低12.2%,30.8%和48.9%,钢纤维增强作用受初始裂缝位置及钢纤维埋置角度影响较大，受钢纤维直径影响相对较小。采用统一相场理论可降低分析的难度、保证较高的计算精度，为研究钢纤维混凝土的损伤、断裂过程提供了理论参考。     

Experimental study on dynamic mechanical property of cemented tailings backfill under SHPB impact loading

Cemented tailings backfill(CTB) have increasingly been used in recent years to improve the stability of mining stopes in deep underground mines. Deep mining processes are often associated with rock bursting and high-speed dynamic loading conditions. Therefore, it is important to investigate the characteristics and dynamic mechanical behavior of CTB. This paper presents the results of dynamic tests on CTB specimens with different cement and solid contents using a split Hopkinson pressure bar(SHPB). The results showed that some CTB specimens exhibited one to two lower stress peaks after reaching dynamic peak stress before they completely failed. The greater the cement-to-tailings ratio is, the more obvious the strain reaction. This property mainly manifested as follows. First,the dynamic peak stress increased with the increase of the cement-to-tailings ratio when the impact velocity was fixed. Second, the dynamic peak stress had a quadratic relationship with the average stress rate. Third, the cement-to-tailings ratio could enhance the increase rate of dynamic peak stress with strain rate. In addition, the dynamic strength enhancement factor K increased with the increase of strain rate, and its value was larger than that of the rock samples. The failure modes of CTB specimens under low-speed impact were tensile failure and X conjugate shear failure, where were nearly the same as those under static uniaxial and triaxial compression. The CTB specimens were crushed and broken under critical strain, a failure mode similar to that of low-strength concrete. The results of the experimental research can improve the understanding of the dynamic mechanical properties of CTB and guide the strength design of deep mining backfills.     

轻骨料纤维喷射混凝土动态力学特性试验

为提高轻骨料喷射混凝土喷层支护承受动态抗压强度能力,以普通C20喷射混凝土配比为基准,将3种不同掺量的陶粒与聚丙烯纤维进行组合,配制出了9组轻骨料纤维喷射混凝土(lightweight aggregate fiber shotcrete,LAFS),进行了一维分离式霍普金森压杆(SHPB)冲击及扫描电镜(SEM)试验,同时借助MATLAB数值计算软件,拟合出陶粒-聚丙烯纤维掺量与LAFS动态抗压强度预测模型.研究表明:陶粒掺量与聚丙烯纤维掺量对LAFS动态抗压强度的影响是交互的,同陶粒掺量下,不同的聚丙烯纤维掺量,对LAFS动态压缩性能有很大差异,反之亦然;混凝土基体中均匀分布的陶粒与乱向分布的聚丙烯纤维网,与混凝土基体共同受力,使得LAFS应力-应变曲线屈服平台明显、韧性增强;本试验条件下陶粒与聚丙烯纤维掺量较好的组合为:49.81 kg/m3 +0.91 kg/m3、99.67 kg/m3+ 1.82 kg/m3.拟合得到的LAFS动态抗压强度模型与研究成果可为LAFS推广及配合比确定起到参考.     

混凝土材料的SHPB试验及动态性能分析

通过SHPB试验研究了混凝土材料的动态性能。考虑到SHPB装置存在的诸如应力应变不均匀、大尺寸产生的应力波弥散等缺陷,试验中选用了φ37mm的SHPB研究了混凝土材料在中应变率时的动态响应,并以试验数据为依据,分别阐述了混凝土材料的应变率效应、骨料对混凝土材料的动态响应影响及混凝土材料的应变硬化和应变软化现象。结果表明：混凝土在一定应变率范围内随着应变率的增加,其动态一静态抗压强度比呈对数线增加,且动态响应由硬化向软化过渡;骨料的抑制作用是混凝土材料表现出弹塑性特征的关键因素,也使得SHPB试验测得的混凝土动态响应曲线呈现振荡。