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。     

钢纤维和仿钢纤维喷射混凝土性能

为了探讨在喷射混凝土中仿钢纤维替代钢纤维的可行性,研究了钢纤维和仿钢纤维喷射混凝土的力学性能和耐久性能,特别是对其抗碳化以及抗氯离子侵蚀耐久性进行了比较.研究结果表明,在适量的掺量条件下,钢纤维喷射混凝土的力学性能较仿钢纤维要好,但从长期耐久性来看,在碳化和氯离子腐蚀环境中钢纤维喷射混凝土将有一个失效的过程,而仿钢纤维喷射混凝土可长期有效.因此,在腐蚀环境条件下,当力学性能满足设计要求时,仿钢纤维完全可以替代钢纤维,且提高了耐久性能.     

改性混凝土材料性能研究及应用

在碾压钢纤维混凝土的力学性能试验研究的基础上 ,介绍了钢纤维混凝土和碾压钢纤维混凝土等新型路面材料的特点 ,重点分析了钢纤维掺量及粉煤灰掺量对碾压钢纤维混凝土性能的影响。结果表明 ,碾压钢纤维混凝土材料是一种具有应用前景的新型路面材料。     

螺旋钢纤维混凝土抗冲击试验分析

大量研究表明在混凝土中加入钢纤维可显著增强混凝土的延展性与抗拉强度,从而可提高混凝土建筑的抗爆抗冲击性能.目前在施工作业中普遍应用的是直钢纤维或钩尾钢纤维.上述种类的钢纤维只能在混凝土基体中提供二维平面黏结,在混凝土构件受力开裂下极其容易发生钢纤维与混凝土脱离的情况,从而限制了钢纤维提高混凝土建筑抗爆抗冲击性能的有效性.本文针对建筑的抗爆抗冲击安全需求设计开发了螺旋钢纤维混凝土建筑材料,并开展了分离式霍普金森杆(SHPB)和落锤试验,对材料与梁构件在高速冲击下的响应进行了研究.结果表明,与传统钢纤维相比,螺旋钢纤维可有效控制混凝土开裂,对提高防护建筑抗爆抗冲击性能有着极大的贡献.     

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.     

钢纤维混凝土复合层路面材料的力学性能

研究了钢纤维掺量为0～2.0%时对C40混凝土的力学性能的影响,并研究了最优配合比条件下不同组合尺寸的复合式混凝土的力学性能及经济性.结果表明:钢纤维混凝土的抗压强度随钢纤维掺量增加而增大,在钢纤维掺量为1.5%时,抗压强度提高27%,弯拉强度提高50%;钢纤维的掺入使混凝土的荷载位移关系由弹性变形破坏为主转变为弹塑性变形破坏形式,混凝土路面易脆性断裂的不良性能得到改善;钢纤维掺量为1.5%的钢纤维混凝土与普通混凝土按照1∶3的厚度比例组合成的两层式复合钢纤维混凝土具有良好的强度、抗变形性能和经济效益.     

不同制备工艺对钢纤维混凝土性能影响的试验研究

钢纤维混凝土可起到减少混凝土开裂、提高结构韧性等作用,已逐渐被应用于隧道衬砌支护。但制备工艺决定了钢纤维在混凝土基体中的分布,从而严重影响钢纤维混凝土性能,因此亟须开展针对钢纤维分布与制备工艺之间关系的研究。本研究从实际工程出发,选用六种钢纤维混凝土制备工艺,浇筑了18根梁试件,开展钢纤维混凝土抗弯性能试验。试验结果表明,使用MT1制备工艺的端钩型钢纤维混凝土在破坏位置、钢纤维分布、钢纤维外露角度、外露长度、抗弯强度等方面均表现出良好性能。     

碳纤维网格加固混凝土梁制备及其抗折性能研究

针对目前混凝土梁抗折性能下降的问题,设计制备一种高抗折性能的碳纤维网格加固混凝土梁.通过三点弯抗折实验对材料的承载能力进行表征.通过探究加固位置、加固层数和端部锚固等实验参数对混凝土梁试样抗折性能的影响,最终确定碳纤维网格加固混凝土梁的最佳制备工艺参数.结果表明,相比于C-28试样,B-CFG-28试样的平均抗折强度增长率为174.6%.综合考虑力学性能和成本,碳纤维网格最佳的加固位置为混凝土梁底部,最佳的加固层数为1层,端部锚固能有效抑制砂浆试样斜裂纹的产生.相比于BM-CFGs-28试样,BM-CFGs-EA-28试样的抗折性能提升27.2%.实验结果表明:碳纤维网格加固系统能够显著增强混凝土梁的承载能力,抗折性能优异的碳纤维网格增强混凝土梁有望在实际工程中得到广泛的应用.     

钢纤维煤矸石混凝土冻融后本构关系试验研究

为探讨钢纤维煤矸石混凝土的抗冻性能和冻融后的力学性能,及推广应用钢纤维煤矸石混凝土这一绿色建筑材料,通过快速冻融试验和单轴受压试验,研究了冻融环境下不同钢纤维掺量的煤矸石混凝土的质量、动弹性模量以及应力-应变曲线随冻融循环次数和钢纤维掺量的变化规律,并提出了钢纤维煤矸石混凝土冻融后单轴受压本构关系。发现相比普通煤矸石混凝土,钢纤维煤矸石混凝土的抗冻性能有一定程度的改善,主要表现为其冻融后的峰值应变和极限应变增加、耗能能力增加,但强度并无显著提升。研究结果表明,钢纤维煤矸石混凝土不宜直接用于严寒地区,但对寒冷地区和夏热冬冷地区而言,其力学性能和耐久性能都已满足工程要求。最后基于已有的混凝土损伤力学理论,考虑钢纤维在煤矸石混凝土单轴受压过程中的作用,以及冻融损伤对钢纤维煤矸石混凝土力学性能的影响,提出了具有较高精度的钢纤维煤矸石混凝土单轴受压本构关系,这为煤矸石混凝土抗冻性能的进一步研究提供了参考,也对其推广应用过程中的实际工程的结构计算有一定参考价值。     

TRC板增强钢筋混凝土梁的抗弯性能

基于短切钢纤维增强TRC板具有较强的抗拉性能,可用于提高钢筋混凝土梁的抗弯性能,通过四点弯曲试验研究TRC板增强混凝土梁的工作机理。将TRC板中碳纤维网格层数作为研究参数设计2种增强工况,并建立对比工况,每种工况有2根相同的构件。对各工况构件的荷载-应变关系、荷载-挠度关系、承载力、梁的延性、裂缝开展及破坏模式进行分析。采用平截面假定提出相应的抗弯承载力计算公式。研究结果表明:TRC板能有效提高梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载,梁的极限承载力可最大提高33%;TRC板增强钢筋混凝土梁的延性有一定下降;采用抗弯承载力计算公式所得承载力计算值与试验值较吻合。     

边框钢纤维混凝土剪力墙抗震性能研究

针对剪力墙约束边缘构件受力复杂、施工困难的特点,提出了在剪力墙约束边缘构件中采用钢纤维局部增强的方法来改进其抗震性能,并将其命名为边框钢纤维混凝土剪力墙.结合试验结果和有限元数值模拟,研究了钢纤维体积率和剪跨比对边框钢纤维混凝土剪力墙承载力、位移和延性的影响,并与整体钢纤维混凝土剪力墙相应的抗震性能进行了对比分析.结果表明,在剪力墙约束边缘构件内掺加钢纤维对于剪力墙结构的承载力和延性均具有一定的提升效果,其中位移延性最大可提升约102.8%.相对于整体钢纤维混凝土剪力墙,采用边框钢纤维混凝土剪力墙具有较大的经济优势,而且并未牺牲整体钢纤维剪力墙太大承载力和位移延性.     

钢纤维混凝土腐蚀前后的弯曲韧性研究

通过对钢纤维混凝土试件进行腐蚀后的弯曲性能实验研究,分析了钢纤维体积率、钢纤维混凝土厚度以及腐蚀时间对钢纤维混凝土弯曲韧性的影响。依据实验得出荷载-挠度曲线,按照我国现行的钢纤维混凝土实验方法CECSl3：89计算分析弯曲韧度指数和承载能力变化系数。结果表明,加入钢纤维对提高混凝土构件的弯曲韧性有显著作用,而腐蚀能严重影响钢纤维混凝土的韧性,同时也显示出按照我国的CECSl3：89实验方法标准所选的初裂点位置普遍靠前的结论,对钢纤维混凝土的工程应用具有重要的参考意义。     

钢纤维混凝土厚承台承载力影响因素分析

在完成30个缩尺模型为1∶5的二桩混凝土和钢纤维混凝土承台试件的试验研究中，通过改变混凝土强度、钢纤维体积率、承台有效厚度、配筋量及配筋方式，观察和记录了不同条件下桩承台裂缝的开展与分布，承台底部中点挠度、侧边混凝土应变和底部受拉钢筋应变，并系统地分析了影响钢纤维混凝土二桩厚承台极限承载力的主要因素。分析结果为进一步研究钢纤维混凝土二桩承台的抗冲切、抗剪及配筋计算提供了试验基础，并为《钢纤维混凝土结构技术规程》的修订提供了背景材料。     

钢纤维混凝土研究热点与前沿趋势的可视化分析

为了对钢纤维混凝土的研究热点与前沿趋势进行更细致的分析，基于中国知网数据总库(CNKI),以国内2008～2022年发表的524篇关于钢纤维混凝土的核心文献作为研究对象，利用CiteSpace软件从发文量、发文作者、关键词和发文机构等方面进行了可视化分析.结果表明：钢纤维混凝土的发文量随年份波动，近两年呈降低趋势；研究者和机构整体关系均较为分散；当前研究热点主要集中于力学性能、耐久性等基础性能，以及模拟和工作机理研究；前沿趋势主要聚焦于钢纤维混凝土与其他材料的复合研究.据此提出以下建议：创新与拓展对钢纤维混凝土科研领域的深入研究，建立高校之间的联系，加强校企合作；根据钢纤维类型分类建立更为贴切的本构模型，更细化地分析构件性能；拓宽钢纤维混凝土复合其他材料的研究，增强钢纤维混凝土的耐久性能.     

加载角度对T形SRC短肢剪力墙承载力的影响

为解决方向随机的地震作用下异形短肢剪力墙损伤机理复杂的问题,通过3片T形截面型钢混凝土(SRC)短肢剪力墙进行拟静力试验,利用有限元软件DIANA进行60种工况下的数值计算,研究水平加载角度、轴压比和剪跨比对墙肢受力性能的影响.研究结果表明:与沿0°方向加载试件相比,沿45°方向加载试件的水平承载力降低、延性和抗倒塌能力提高,增大剪跨比更为显著;试件水平承载力受轴压比的影响不大,但与加载角度的相关性较强.以加载角度0°为基准,正向承载力在0°～50°范围内相对稳定,在51°～90°范围内逐渐降低,变幅约在-25%～8%之间;以加载角度180°为基准,负向承载力逐渐上升、稳定再逐渐降低的临界点依次为130°和150°,变幅约在-23%～14%之间.     

水泥基体中仿生钢纤维的拔出试验

从仿生学的角度制备端部具有不同锥角(0°,2°,5°,7°)的异形钢纤维,根据纤维表面是否处理分为有化学黏结与无化学黏结2种,并使用MTS万能试验机测试了仿生异形钢纤维从水泥砂浆基体中以不同速率(2.5 mm/min,25 mm/min,250 mm/min)拔出的力和位移,并计算得到最大拔出力和拔出功.结果表明,当钢纤维端部锥角从0°增加到5°时,最大拔出力有明显的增加,但7°时稍有减小;对于5°及7°锥角的钢纤维,随着加载速率从2.5mm/min增大到250mm/min,钢纤维的最大拔出力分别增大20.2%和13.4%;而0°及2°锥角钢纤维在加载速率增加到250 mm/min时,最大拔出力相对于加载速率为25 mm/min时的最大拔出力分别减小25.9%和8.2%;0°,2°和5°有黏结钢纤维的最大拔出力与相同锥角无黏结钢纤维的最大拔出力相比,分别增加64.1%,22.2%和6.7%,而7°锥角有黏结钢纤维的最大拔出力比无黏结钢纤维的最大拔出力减小6.2%;3种加载速率下,2°锥角钢纤维拔出力所做的功最大,纤维表面是否处理对拔出功无明显影响;本文设计的异形钢纤维能有效增强钢纤维与水泥砂浆基体的等效黏结强度.     

连续回转电液伺服马达组合密封特性研究

为改善连续回转电液伺服马达组合密封性能,建立了O型圈,当其压缩率为10%时,组合密封安装沟槽角度分别为90°,120°,150°和180°的结构模型,运用ABAQUS软件对连续回转电液伺服马达组合密封结构进行仿真分析,通过对比4个角度下组合密封的泄漏量和黏性摩擦力,得到了最优组合密封结构.研究结果表明:当沟槽角度为150°时,密封效果最优.分析了当O型圈压缩率分别为7%,8%,9%和10%时的组合密封密封性能,结果表明:当压缩率为9%时,组合密封效果最优.     

动荷载作用下埋深对单丝拉拔过程的影响

从材料细观非均匀角度出发,基于细观损伤力学和动力有限元方法,建立动载作用下钢纤维增强混凝土单丝拉拔数值模拟模型,实现不同埋深构件的动态拉拔破坏过程,得到构件荷载—位移全曲线和拉拔过程声发射图,探讨了埋深变化对单丝拉拔构件力学性能的影响.结果表明,在同样动载下,埋深变化对构件破坏模式有显著的影响,埋深加大韧性增强,构件抵抗动荷载的能力也增强.     

钢管轻集料混凝土柱滞回性能影响因素研究

对钢管轻集料混凝土构件在水平往复荷载作用下的滞回性能进行了试验研究和有限元计算。分别以材料强度、轴压比和含钢率的变化为参数设计构件。混凝土本构模型采用修正后的塑性损伤模型,计算得到的各构件滞回曲线与试验结果对比,验证了模型的准确性。研究结果表明,钢管轻集料混凝土柱的破坏形态为钢管底部位置的局部鼓曲破坏,核心混凝土以受压损伤破坏为主;构件滞回曲线饱满,骨架曲线完整,表现出较好的滞回性能。核心轻集料混凝土强度、轴压比、径厚比和钢管强度分别对骨架曲线产生了一定的影响。各构件等效粘滞阻尼系数基本在0. 35左右,表现出了较好的耗能性能。     

钢纤维混凝土力学性能和本构关系研究

利用MTS810和直径为74 mm的大尺寸SHPB实验装置开展了钢纤维混凝土的动静态力学性能实验.实验结果表明钢纤维混凝土是一种具有非常明显的钢纤维增强、增韧效应的应变率敏感材料.根据实验应力应变曲线的基本特征,提出了一种钢纤维混凝土的含损伤本构模型.该模型在考虑钢纤维增强、应变率硬化、损伤软化等因素下,描述了钢纤维混凝土的受力响应特性.