基于应力-裂纹宽度关系的钢纤维混凝土设计方法

提出基于性能的SFRC设计方法,即基于材料应力-裂纹宽度(σ-w)关系进行钢纤维混凝土配合比设计的方法.同时由三点弯曲实验,建立了端部带弯钩与直钢纤维混凝土的应力-裂纹宽度模型,研究了主要材料参数,即基材强度、纤维掺量、纤维长度、纤维直径和纤维与基材的界面性质对SFRC混凝土性能的影响,展示了通过设计材料参数来满足结构性能设计过程,从而实现基于应力-裂纹宽度关系进行钢纤维混凝土的设计.     

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.     

钢纤维增强RPC受拉应力—应变曲线试验

为得到钢纤维增强活性粉末混凝土(RPC)的受拉应力—应变曲线,采用自行设计的试验装置,完成了不同钢纤维体积掺量(Vf)时活性粉末混凝土的轴向拉伸试验,测出了Vf=1%、2%的活性粉末混凝土受拉应力—应变全曲线。试验结果表明,钢纤维增强RPC的受拉应力—应变全曲线分为上升段、峰值后应力骤降段、应力稳定段和下降段;随钢纤维掺量的增加,钢纤维增强RPC的抗拉强度、峰值应变、弹性模量增大,受拉破坏形式从脆性转变为延性。RPC的受拉峰值应变与其他混凝土相比无明显提高,其裂后延性优势应结合配筋形式发挥。     

三维编织钢纤维增强渍浆混凝土准静态力学性能

为了优化钢纤维混凝土的各项力学性能,设计优选了大流动性细粒混凝土与长度为70mm、长细比达93.3的长钢纤维,采用三维钢纤维编织技术与渍浆纤维混凝土施工工艺,成功制备出钢纤维体积率Vf为5%和10%的三维编织钢纤维增强渍浆混凝土试件(3D-BSFC).采用微机控制电液伺服万能试验机对基体强度为C50的试件进行了准静态3种低应变率(10-6/s,10-4/s及10-2/s)下的单轴压缩试验,测出了应力-应变全曲线、强度、压缩韧性以及弹性模量,研究了其受压力学特性及钢纤维掺量和应变率对基本力学性能的影响规律.结果表明,高掺量三维正交钢纤维对基体混凝土的强度提高最高达3倍以上,同时改善其变形能力,使韧性增强最高达3.87倍;在较低应变率状态下,强度和弹性模量随着应变率的增大而增大,但增长幅度不大.     

箍筋约束超高性能混凝土本构模型

为研究箍筋约束超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)本构模型,统计了箍筋约束UHPC的试验数据,通过回归分析,理论推导,提出了箍筋约束UHPC的应力-应变关系曲线模型及特征点计算方法,并与试验结果、不同箍筋约束混凝土本构模型进行对比分析。结果表明:钢纤维和箍筋可以有效地提高约束UHPC的峰值应力和峰值应变;峰值应力计算结果与试验结果吻合程度较好,而峰值应变以及峰值应力下降至85%和50%所对应应变的计算结果与试验结果吻合程度不够理想;建议的箍筋约束UHPC应力-应变关系曲线模型与试验结果整体吻合程度较好。     

单轴受压下钢纤维再生骨料混凝土本构模型

通过150mm×150mm×300mm钢纤维再生骨料混凝土棱柱体的单轴受压试验,研究了水胶比、再生骨料取代率和钢纤维体积率等参数对钢纤维再生混凝土轴压应力-应变全曲线的影响,揭示了钢纤维再生混凝土的破坏机理和参数变化对钢纤维再生混凝土单轴受压力学性能影响的规律.结果表明,钢纤维改变了再生混凝土的破坏形态,随着钢纤维体积率增大,试件由劈裂破坏转变为剪切破坏,剪切面与荷载垂线的夹角增大,峰值应力和峰值应变均有一定程度的提高.相同钢纤维体积率下,钢纤维再生混凝土峰值应力受再生骨料取代率变化的影响较小;但是,随着再生骨料取代率的增加,钢纤维再生混凝土峰值应变增大,初始弹性模量减小.与普通混凝土类似,随水胶比的减小,钢纤维再生混凝土应力应变曲线下降段的斜率增大.基于对试验数据的综合分析,建立了考虑再生骨料取代率、钢纤维体积率影响的钢纤维再生混凝土轴压本构模型.     

钢纤维自应力混凝土受拉应力-应变全曲线试验研究

通过直接拉伸试验研究了不同自应力等级下的钢纤维自应力混凝土的受拉应力-应变全曲线特征.从方便计算的角度上建议上升段采用比例方程表示,下降段简化为以拐点分界的两部分直线.钢纤维自应力混凝土抗拉强度为混凝土基体的抗拉强度与自应力值之和;曲线下降段拐点的应变定义为500×10-6,并提出拐点应力计算公式.这种在试验基础上的简化,方便了钢纤维自应力混凝土结构的应力和应变分析.     

纤维混凝土在冻融循环下的损伤研究

通过试验研究了C40普通混凝土(PC),体积率为0.8%的钢纤维混凝土(SFRC)以及掺量为1.2 kg/m3的聚丙烯纤维混凝土(PFRC)分别在0次、25次、50次、75次、100次冻融循环后的质量损失,抗拉、抗压强度,基振频率以及动弹性模量,结果表明纤维的加入能抑制冻融对混凝土的损伤作用,且聚丙烯纤维的抑制作用大于钢纤维。     

塑性铰区采用SFRC的高架桥墩抗震性能

为了改善高架桥墩的抗震性能,提出了在其潜在塑性铰区采用钢纤维增强钢筋混凝土(SFRC)进行增强的方法。对普通混凝土(NC)和钢纤维混凝土(SFC)棱柱体试块进行轴压试验,获得2种混凝土的本构关系曲线。基于结构分析软件建立全墩身采用普通钢筋混凝土(RC)和桥墩塑性铰区采用SFRC的高架桥分析模型,分析不同桥墩关键部位的地震需求。利用UCFyber程序建立桥墩截面纤维单元模型,计算桥墩抗弯能力。对比分析全墩身采用RC和桥墩塑性铰区采用SFRC的高架桥墩的抗弯能力需求比。结果表明:SFC的强度和变形能力较NC更具优势;在纵桥向地震动输入下,塑性铰区采用SFRC的桥墩比RC桥墩具有更强的塑性变形和地震耗能能力;塑性铰区采用SFRC的桥墩抗弯能力需求比平均比RC桥墩增大25.5%,具有更好的抗震安全性。     

钢纤维混凝土梁抗剪强度截面分析方法

在修正压力场理论和钢纤维混凝土梁受弯理论的基础上建立了钢纤维混凝土梁抗剪强度的截面分析方法,考虑了钢纤维混凝土梁裂缝处的局部应力控制条件.通过对采用3条不同钢纤维混凝土受拉应力-应变曲线的计算结果与试验结果比较,建议了考虑受拉强化效应的受拉应力-应变曲线.此外讨论了计算模型中裂缝局部控制条件对抗剪强度计算结果的影响.对44根剪跨比大于2.0的钢纤维混凝土梁进行了分析,分析结果与试验值吻合很好.     

钢纤维界面粘结强度和体积掺量对混凝土弯曲韧性的影响

研究了平直形、端钩形和哑铃形三种钢纤维与水泥砂浆的界面粘结强度和钢纤维体积掺量对钢纤维增强混凝土采用ASTMCl018韧性指数法得到的弯曲韧性指数的影响规律。试验表明，钢纤维混凝土的弯曲韧性指数、钢纤维与砂浆的界面粘结强度、钢纤维体积掺量之间关系可以用二元线性回归方程表示，钢纤维与水泥砂浆的界面粘结强度和钢纤维体积掺量均是影响钢纤维混凝土弯曲韧性的主要因素。     

超高程泵送钢纤维混凝土关键性能及试验研究

钢纤维混凝土(SFRC)具有抗裂、耐疲劳和耐久的特性.但是,由于其可泵性差,很少用于高的索塔中.为了确保其成功泵送和提高索塔锚固区混凝土结构的抗裂性能,对异形钢纤维混凝土的配合比进行了优化.优选出的钢纤维混凝土1 h内泵送性能良好,依照216 m的泵送试验结果,能确保泵送到308 m以上.经过计算,纤维体积率为0.8%的钢纤维混凝土能使结构裂缝降低32%.同时,试验结果表明SFRC不仅能显著抑制塑性收缩,而且还能使干燥收缩值降低50%.这将有助于提高索塔锚固区混凝土结构的耐久性.此外,试验还表明所配制的钢纤维混凝土具有优异的抗渗、抗冻性能和耐疲劳以及较高的钢筋握裹力.     

超高程泵送钢纤维混凝土的抗裂性能

针对超高索塔锚固区的特点,按照抗裂最优,又能高空泵送的原则,制备了钢纤维混凝土,并对其构件的抗裂性能进行了研究.优选出的钢纤维混凝土1h内泵送性能良好,可以实现一次泵送到306m的目标.经过计算,纤维体积率为0.8%的钢纤维混凝土能使混凝土结构裂缝的最大宽度降低32%.通过对索塔锚固区的足尺模型试验研究得出:该钢纤维混凝土不仅能够显著提高索塔锚固区混凝土结构的抗裂度和极限载荷,而且能使混凝土结构正常使用极限状态下的载荷增大了将近40%.试验结果也表明其能显著抑制塑性收缩,并且能使干燥收缩值降低50%,同时又具有较高的抗拉强度和钢筋握裹力.     

钢纤维砼抗折疲劳寿命分布规律的研究

采用三分点加载研究了不同应力水平下钢纤维砼梁试件的疲劳寿命及其分布规律，这些分布规律是不相同的。，采用图解法，矩方法，极大似然估计法得到的ＳＦＲＣ疲劳寿命布尔分布诸参数颇相一致。     

离心成型钢纤维混凝土劈裂抗拉强度试验研究

通过试验研究了离心工艺参数、骨料级配、钢纤维长度和体积率等因素对离心成型钢纤维混凝土环形截面构件的轴向和环向劈裂抗拉强度的影响规律.结果表明：增大离心加速度有利于提高钢纤维混凝土的轴向劈裂抗拉强度;选用长度较小的钢纤维时,适当延长中速阶段的离心时间也可提高钢纤维混凝土的轴向劈裂抗拉强度;选用长度较大的钢纤维时,适当延长中速阶段的离心时间或增大离心加速度可提高钢纤维混凝土的环向劈裂抗拉强度.选取粗骨料级配5—10mm可获得较高的轴向劈裂抗拉强度,选取粗骨料级配5—15mm可获得较高的环向劈裂抗拉强度.对于外径为550mm以内的离心成型环形截面构件,钢纤维长度宜为25—32mm,体积率不宜大于1.2%.经统计分析提出了离心成型钢纤维混凝土的劈裂抗拉强度计算公式.     

利用水平外力总功研究PVA纤维增强水泥基复合材料韧性

为了研究对比PVA纤维、玻璃纤维、钢纤维水泥基复合材料和高强(钢纤维)混凝土的韧性,采用楔入劈拉法利用荷载与裂缝张口位移曲线(P-WCMOD)下包围的面积值并考虑夹具影响后水平外力做的总功作为评价指标进行对比.实验结果表明:水泥基体发生脆性断裂,从加载到试件破坏P-WCMOD曲线一直呈线性;高强(钢纤维)混凝土和钢纤维、玻璃纤维水泥基复合材料发生半脆性断裂,P-WCMOD曲线在峰值荷载附近有较小的非线性区;而在PVA纤维增强水泥基复合材料(PVA-FRCCs)中观察到韧性断裂,在P-WCMOD曲线中出现明显的假应变硬化现象;脆性和半脆性材料的试件从起裂到破坏,预制缝端部仅出现一条裂缝,且最终沿这条裂缝贯通,对于PVA-FRCCs,预制缝端出现多条细小裂缝,并最终沿着主裂缝贯通.比较几种材料的水平外力总功值可知,PVA-FRCCs韧性最好,钢纤维混凝土次之,钢纤维水泥基复合材料稍差,玻璃纤维水泥基复合材料最差.     

内水压下钢衬钢纤维混凝土压力管道截面应力计算

钢纤维混凝土是控制钢衬钢筋混凝土裂缝的一个有效途径，但钢纤维加入到混凝土中使结构计算变得复杂，现有的钢衬钢筋混凝土压力管道的计算方法不再适用，因此根据结构的受力特点以及钢纤维混凝土的特性提出了钢衬钢混凝土压力管道的计算方法，该方法是受力全过程分析；并着重进行了混凝土裂后的非线性计算。     

哑铃型钢纤维粉煤灰混凝土的弯曲疲劳特性

混凝土的弯曲疲劳性能是钢纤维混凝土的主要力学性能.用4点加载方法重点研究了全掺钢纤维混凝土梁和底层撒布较长钢纤维的聚丙烯腈纤维混凝土梁的弯曲疲劳性能.研究证明:底层撒布较长钢纤维的聚丙烯腈纤维混凝土梁的弯曲疲劳强度比素混凝土提高15.7％;当应力水平为0.90时,全掺钢纤维(体积分数为1.0％)混凝土梁弯曲疲劳寿命是素混凝土22.47倍,底层撒布较长钢纤维的聚丙烯腈纤维混凝土梁的弯曲疲劳寿命是素混凝土的29.O1倍.即底层撒布较长钢纤维的聚丙烯腈纤维混凝土梁的弯曲疲劳性能比单独撒布一层钢纤维或单独采用聚丙烯腈纤维来增强混凝土效果更加显著.对于道路及机场跑道采用这一结构形式比较理想.表7,参9.