钢纤维高强混凝土轴拉应力-应变曲线试验研究

钢纤维高强混凝土,可以大大改善高强混凝土的脆性,进而提高构件的延性和抗震性能。为研究钢纤维高强混凝土轴心抗拉性能,设计了合适的轴心抗拉全过程试验方案,然后分别对强度等级为C60和C80,钢纤维体积率为0%、1.0%、1.5%和2.0%的钢纤维高强混凝土进行轴心抗拉全过程试验。根据试验结果,分析了混凝土强度和钢纤维体积率对于改善混凝土抗拉强度、峰值应变的影响;提出了适用的钢纤维高强混凝土轴拉应力-应变曲线数学表达式。提出的计算公式与试验结果吻合较好,可以为钢纤维高强混凝土结构的设计和非线性分析提供理论基础。     

钢纤维混凝土抗拉性能试验研究

研究了钢纤维体积率、钢纤维长径比、钢纤维类型对钢纤维混凝土劈裂抗拉强度、轴心抗拉强度及轴心受拉应力-应变全曲线的影响规律。试验采用两端埋设钢筋的变截面轴心受拉试件并在普通万能试验机上加辅助刚性架,进行钢纤维混凝土轴心受拉应力-应变全曲线测试。研究表明,随着钢纤维体积率、长径比的增大,钢纤维混凝土劈裂抗拉强度、轴心抗拉强度呈线性增大规律。采用设计的试验装置可测得钢纤维混凝土轴心受拉应力-应变全曲线,分析了纤维掺量和基体混凝土强度对轴心受拉应力-应变全曲线的影响规律。根据试验数据分析,提出了钢纤维混凝土轴心抗拉强度与劈裂抗拉强度间的关系式,提出了钢纤维混凝土轴心受拉应力-应变全曲线的解析表达式。     

钢纤维轻骨料混凝土单轴受压应力-应变曲线研究

采用100%烧结膨胀页岩陶粒作为粗细骨料,以占胶凝材料总质量20%的粉煤灰等质量替代水泥作为胶凝材料,按绝对体积直接计算法设计并制备了钢纤维全轻混凝土。以水泥强度等级（42.5和52.5）、钢纤维体积率（0%、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%）为参数,进行了钢纤维全轻混凝土轴心抗压试验研究,分析了钢纤维全轻混凝土单轴受压破坏形态及其应力-应变曲线特征。结果表明：钢纤维全轻混凝土单轴受压应力-应变曲线的峰值应力及其对应应变随钢纤维体积率和水泥强度等级的提高呈现增大趋势;钢纤维体积率的增加使试件的破坏形态由脆性向塑性转变。结合相关文献研究成果,对轻骨料混凝土（砂轻混凝土、全轻混凝土）和钢纤维轻骨料混凝土（钢纤维砂轻混凝土、钢纤维全轻混凝土）单轴受压应力-应变曲线进行了综合分析,提出了两类混凝土单轴受压应力-应变曲线统一计算模型及其特征点计算公式。     

钢纤维高强混凝土轴拉性能试验研究

完成了22组共110个钢纤维高强混凝土试件的轴拉试验。分析研究了钢纤维高强混凝土的轴拉强度和劈拉强度的关系,钢纤维高强混凝土轴拉性能随钢纤维体积掺量、基体强度及钢纤维类型的变化规律。给出了钢纤维高强混凝土轴拉应力-应变全曲线的数学模型,根据试验数据的回归分析确定了曲线相关的参数。研究成果对钢纤维高强混凝土在结构中的应用提供了依据。     

钢纤维高强混凝土四桩承台受弯性能及承载力计算方法研究

为研究钢纤维高强混凝土四桩承台的受力性能,基于17个钢纤维高强混凝土承台试件的受弯试验,分析了不同钢纤维体积率、承台有效厚度、钢筋配筋率、混凝土强度承台的裂缝开展和破坏形态、荷载 挠度曲线、钢筋和混凝土应变特征以及承台破坏机理。结果表明：底部配筋率为0.16%~0.52%的钢纤维高强混凝土四桩承台呈现受弯破坏形态,弯曲拉应力由钢筋和钢纤维混凝土共同承担;随着承台有效厚度和钢纤维体积率的增加,承台受弯承载力显著提高。依据研究结果提出了钢纤维高强混凝土四桩承台受弯破坏计算模型,建立了钢纤维高强混凝土四桩承台受弯承载力计算式,为完善CECS 38：2004《纤维混凝土结构技术规程》提供参考。     

钢纤维改善高强混凝土单轴受压特性的试验研究

研究了钢纤维高强混凝土单轴受压应力-应变全曲线的特征。通过试验发现,在高强混凝土中掺入钢纤维,对应力-应变曲线产生了明显的影响,特别在钢纤维体积率Vf=1.5%及2.0%时,应力-应变全曲线出现了二次峰值,这在普通钢纤维混凝土及高强混凝土中从未出现过。同时由于钢纤维的掺入,对高强混凝土单轴受压的应力峰值、峰值应变及韧性都产生了不同程度的影响,从而有效地改善了高强混凝土的性能。     

纤维高强混凝土抗剪性能的试验研究

通过84根尺寸为100mm×100mm×400mm的高强混凝土、钢纤维高强混凝土、聚丙烯纤维高强混凝土试件在剪切荷载作用下的抗剪试验,研究了纤维类型和纤维体积率(掺量)对高强混凝土抗剪强度及在剪切荷载作用下变形性能的影响。结果表明,纤维的加入有效地改善了高强混凝土的抗剪强度及变形性能。初裂抗剪强度和变形、极限抗剪强度和变形以及抗剪韧性均随纤维体积率(掺量)的增加而增大,试件破坏时能保持完整性。根据试验结果,建立了钢纤维高强混凝土及聚丙烯纤维高强混凝土抗剪性能的剪力传递模型和数学表达式。     

高强钢纤维混凝土弯曲韧性试验研究

通过试验得到了不同基体混凝土强度、钢纤维体积分散和钢纤维类型和高强钢纤维混凝土弯曲荷载－挠度曲线，据此研究分析了基体混凝土强度、钢纤维体积分数和钢纤维类型等对高强钢纤维混凝土弯曲韧性指数和弯曲承载力变化系数的影响规律。该成果可作为纤维混凝土结构技术规程相应设计条款的科研依据。     

钢纤维高强混凝土在不同应变率时的单轴受压性能

对不同钢纤维体积率 (Vf)的钢纤维高强混凝土 (SFRHSC)进行了不同应变率下单轴压缩试验 ,试验结果表明 :钢纤维的加入 ,不仅提高了混凝土的强度 ,还显著地提高了其韧性和阻裂能力 ,使其破坏形态从脆性改变到延性 ,并且在一定程度上缓解了试验机刚度不够高而对测试结果的负面影响 ,使试验结果更接近真实。随着应变率增大 ,SFRHSC强度提高 ,但韧性呈现下降趋势 ,且Vf 越大 ,韧性下降幅度越小。弹性模量和泊松比受Vf 和应变率的影响甚微。推荐了适合于SFRHSC应力 应变曲线的数学表达式。     

钢纤维高强混凝土力学性能试验研究

通过对高强混凝土与钢纤维高强混凝土试件的抗压试验,研究了钢纤维体积率对高强混凝土强度和弹性模量的影响,并与现行规范进行了对比,以促进钢纤维高强混凝土的应用。     

循环荷载作用下聚丙烯纤维混凝土受压应力-应变关系研究

考虑聚丙烯纤维体积掺量和长径比两个因素,设计制作54个混凝土试件,通过单轴循环加载试验,研究聚丙烯纤维混凝土的力学行为。试验结果表明：与普通混凝土相比,聚丙烯纤维混凝土试件破坏形态为延性破坏;其循环受压应力-应变曲线包络线与单调受压应力-应变关系曲线近似一致;聚丙烯纤维的掺入可显著改善混凝土的循环受压力学行为,提高混凝土的受压韧性、峰后延性和滞回耗能能力,减小其刚度退化和应力劣化程度,但对其峰值强度、弹性模量和塑性应变影响较小;聚丙烯纤维掺量影响较纤维长径比影响更为明显。基于试验结果,参考《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）,建立聚丙烯纤维混凝土单轴受压弹塑性损伤本构模型,可为聚丙烯纤维混凝土结构设计、工程应用和相关规程修订提供理论依据。     

纤维类型对混凝土抗压强度和弯曲韧性的增强效应及变异性的影响

为研究单掺钢纤维、聚丙烯纤维和纤维素纤维对混凝土抗压强度及弯曲韧性的影响,在不同体积掺量下进行了混凝土试块的抗压强度及弯曲韧性试验,并对试验结果进行了变异性分析。试验结果表明:3种纤维混凝土抗压强度较素混凝土平均提高26.7%、6.1%和11.1%;二次抗压强度保持率分别达77.0%、45.7%和58.0%;抗弯承载力最大分别提高31.6%、3.5%和14.0%;基于荷载挠度曲线、Newkumar法及弯拉应力应变曲线分别计算的弯曲韧性指数I_(20)、Newkumar指标PCS_m和韧度比R_x分别为素混凝土的4.2、3.1、2.6倍,19.9、9.8、6.9倍和4.0、3.4、2.7倍。变异性分析结果表明,掺入纤维后混凝土的抗压强度变异性小于弯曲韧性。同时,基于Newkumar法和应力应变曲线法算得的混凝土弯曲韧性指标变异系数小于荷载挠度曲线法。总体而言,钢纤维增强混凝土的抗压强度和弯曲韧性最为显著,且变异系数最小。纤维素纤维增强混凝土抗压强度及聚丙烯纤维增强混凝土弯曲韧性则相对较显著。     

钢纤维增强地聚物再生混凝土单轴受压全曲线试验

为增强再生混凝土的抗压强度及延性,并进一步减少水泥制备造成的碳排放,采用粉煤灰/矿渣基地聚物100%取代再生混凝土中的普通硅酸盐水泥,并掺入钢纤维制备出钢纤维增强地聚物再生混凝土(SFGRC)。为研究其抗压性能,配制得到再生粗骨料取代率分别为0%、30%、50%、70%和100%,及钢纤维体积掺量分别为0%、0.5%、1.0%和1.5%的14组钢纤维增强地聚物再生混凝土试件,并进行单轴受压全曲线试验。结果表明：随着钢纤维的掺入,SFGRC的破坏模式由脆性向延性转变;立方体抗压强度、峰值应力对应应变、受压韧性及延性随钢纤维掺量的增加而增加;立方体抗压强度、弹性模量及受压韧性随再生粗骨料取代率的增加而降低,但峰值应力对应应变增加。引入钢纤维体积掺量和再生粗骨料取代率,对Carreira-Chu混凝土单轴受压本构模型的下降段进行修正,提出了适用于SFGRC的单轴受压本构模型,其计算结果与相应试验结果均吻合良好。     

聚乙烯醇纤维高强混凝土的配制及基本力学性能研究

探讨纤维高强混凝土的配制方法,配制出不同纤维含量的聚乙烯醇(简称PVA)纤维高强混凝土,分析纤维体积含量对高强混凝土抗压、劈拉强度以及破坏特征的影响,并且绘制PVA纤维混凝土强度随龄期的变化曲线。研究表明:PVA纤维可以显著提高高强混凝土的劈拉强度,从而有效改善高强混凝土的脆性,因此PVA纤维是一种可用于混凝土改性的优良材料。     

循环受压状态下钢纤维混凝土一维弹塑性损伤本构模型研究

设计制作36个钢纤维混凝土试件,通过单轴循环受压试验,研究钢纤维混凝土循环受压性能,分析钢纤维特征参数对其影响,在此基础上,参考《混凝土结构设计规范》（GB 50010―2010）,建立了钢纤维混凝土循环受压弹塑性损伤本构模型。结果表明：钢纤维混凝土试件在循环荷载下破坏特性呈现明显延性特征;钢纤维的掺入显著提高混凝土峰值强度,改善其延性及滞回能耗;钢纤维混凝土循环受压应力-应变曲线包络线与单调荷载下应力-应变曲线近似一致;相同卸载点应变时,混凝土累计塑性应变随钢纤维掺量增加而逐渐减小。该文提出的本构模型能较好地反映钢纤维混凝土在循环荷载下的应力-应变关系以及损伤演化过程,可为钢纤维混凝土的工程应用和相关规程的修订提供参考。     

高强箍筋约束高强混凝土轴心受压应力-应变全曲线研究

为研究高强箍筋约束高强混凝土的受压力学性能,进行了高强箍筋约束高强混凝土棱柱体试件的轴心受压试验,分析了配箍率、箍筋屈服强度和箍筋形式对约束高强混凝土应力-应变曲线的影响。结果表明：高强箍筋在约束混凝达到其峰值应力时并未屈服,根据其受力机理提出了有效侧向应力和相应的高强箍筋应力的计算方法;高强箍筋可在约束混凝土应力-应变曲线下降段提供更有效的侧向约束,曲线下降较为平缓。在试验研究和理论分析的基础上,提出了约束高强混凝土的强度和变形的计算式,建议了高强箍筋约束高强混凝土的应力-应变全曲线方程,理论曲线与实测曲线吻合较好。     

Experiments on stress-strain curve of steel fiber reinforced geopolymer recycled concrete under uniaxial compression

为增强再生混凝土的抗压强度及延性，并进一步减少水泥制备造成的碳排放，采用粉煤灰/矿渣基地聚物100％取代再生混凝土中的普通硅酸盐水泥，并掺入钢纤维制备出钢纤维增强地聚物再生混凝土(SFGRC)。为研究其抗压性能，配制得到再生粗骨料取代率分别为0%、30%、50%、70%和100%，及钢纤维体积掺量分别为0%、0.5%、1.0%和1.5%的14组钢纤维增强地聚物再生混凝土试件，并进行单轴受压全曲线试验。结果表明：随着钢纤维的掺入，SFGRC的破坏模式由脆性向延性转变；立方体抗压强度、峰值应力对应应变、受压韧性及延性随钢纤维掺量的增加而增加；立方体抗压强度、弹性模量及受压韧性随再生粗骨料取代率的增加而降低，但峰值应力对应应变增加。引入钢纤维体积掺量和再生粗骨料取代率，对Carreira-Chu混凝土单轴受压本构模型的下降段进行修正，提出了适用于SFGRC的单轴受压本构模型，其计算结果与相应试验结果均吻合良好。     

Experimental study on bond performance between high strength steel rebar and ultra-high performance concrete

为研究超高性能混凝土(UHPC)与高强钢筋的黏结性能，设计并制作69个试件，通过拔出试验研究UHPC强度、纤维体积率、纤维尺寸形状、保护层厚度、黏结长度、加载方式和黏结段位置对黏结性能的影响。结果表明：试件的主要破坏形态包括拔出破坏、钢筋拉断和劈裂破坏，高强钢筋与UHPC界面的黏结强度随UHPC抗压强度、纤维体积率和长径比以及保护层厚度的增加而增大；纤维的掺入对高强钢筋与UHPC黏结强度提高作用明显；当纤维体积率从1%增长至3%，长径比从35增加到100时，黏结强度分别提高了23%和16%；但纤维形状的变化对黏结强度没有明显影响；黏结强度随着UHPC抗压强度和保护层厚度的增大而显著增加，随着黏结长度增大而降低，当保护层厚度超过4倍钢筋直径时，增幅基本不变；当黏结段位于加载端时，受拉拔出加载试件黏结强度仅为受压加载的77%，黏结段越靠近试件中部，加载方式对黏结强度影响越小。基于试验结果，确定临界锚固长度计算式，提出高强钢筋与UHPC的黏结强度计算式，同时建立黏结应力-滑移本构关系模型。通过试验结果及公式计算结果对比可得，现有的普通混凝土黏结强度公式低估了高强钢筋与UHPC的黏结强度，建议的简化公式预测结果与试验结果吻合良好。