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。     

橡胶混凝土轴拉破坏过程中声发射特性

为了研究橡胶掺量对单调荷载下混凝土拉伸破坏的影响,开展了不同橡胶掺量(体积分数0%、5%、10%、15%、20%)的带缺口混凝土棱柱体的单轴拉伸破坏试验,采用声发射技术监测其破坏过程,进一步分析应力-裂缝张开位移曲线、断裂能以及声发射特征参数。结果表明:随着橡胶掺量的增加,混凝土失稳荷载下降,峰值裂缝张开位移增大,橡胶混凝土断裂能大于基准混凝土,并在橡胶掺量为15%时达到最大值; 声发射累计振铃计数及累计撞击次数曲线能够将混凝土破坏过程划分为3个阶段,随着橡胶掺量的增加,声发射活性有所降低,峰值频率由高频向低频转变; 声发射b值能够很好地反映混凝土试件的破坏形式,可以将混凝土试件的破坏过程划分为2个阶段,试件破坏过程中b值整体呈下降趋势,随着橡胶掺量的增加,b值有所增大,主裂纹形成阶段b值最大值与最小值的差值有所减小; 橡胶掺量小于20%时,强度降低速率较快,大于20%时,强度下降减缓。     

超高性能混凝土三轴受压力学性能及破坏准则

为研究超高性能混凝土(UHPC)三轴受压力学性能及破坏准则，考虑围压、钢纤维体积掺量和长径比、聚丙烯纤维体积掺量等主要因素，设计制作39个超高性能混凝土圆柱体试件。通过常规三轴受压试验，考察UHPC三轴破坏形态，分析三轴应力-应变关系全曲线，揭示强度和变形性能指标变化规律，提出考虑纤维特征参数的UHPC多轴破坏准则。结果表明：三轴应力状态下UHPC的破坏形态均呈剪切型，围压对裂缝形成与分布影响显著；UHPC三轴受压全过程曲线分为线弹性段、非线性硬化段和应变软化段三部分；施加围压和掺入钢纤维均能显著改善UHPC三轴受压力学性能，当围压从0 MPa增至40 MPa时，峰值应力和峰值应变分别最大增加161.7%和224.7%,当钢纤维体积掺量由0%增至3%以及长径比由30增至80时，峰值应力和峰值应变分别最大增加24.6%和68.6%;聚丙烯纤维可有效提升UHPC的变形能力；围压对UHPC三轴受压力学性能的影响最大，钢纤维的影响次之，聚丙烯纤维的影响最小。基于Willam-Warnke五参数模型建立了UHPC破坏准则，模型预测结果与试验结果吻合较好。     

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土轴心受拉应力-应变关系研究

考虑纤维种类、长径比、体积掺量3个主要因素,设计制作34组纤维混凝土试件,通过轴心抗拉试验,研究钢-聚丙烯混杂纤维混凝土轴心抗拉应力-应变关系。结果表明,钢-聚丙烯混杂纤维混凝土在受拉破坏时,呈现明显的塑性破坏特征;与相同配合比的基体混凝土相比,随钢纤维和聚丙烯纤维特征值的提高,混杂纤维混凝土轴心受拉应力-应变全曲线特征点的应力、应变均有显著提升。基于试验结果,分析纤维特征值对特征点应力、应变的影响,提出关于纤维掺量和长径比的钢-聚丙烯混杂纤维混凝土轴心抗拉应力-应变关系曲线方程,包括特征点应力、应变的计算公式,可供工程设计参考。     

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土单轴循环受压应力-应变关系研究

为研究钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的力学行为,对48个混凝土试件进行了单轴循环受压试验,分析纤维种类、体积掺量和长径比等因素对受压应力-应变全曲线的影响。研究结果表明:混杂纤维混凝土试件循环受压破坏呈现明显的延性特征;混杂纤维的掺入可显著改善混凝土循环力学行为,表现为混凝土峰值应力高、延性好、滞回耗能能力强、性能退化程度低等;混杂纤维对混凝土塑性应变累积具有明显约束作用;与普通混凝土相比,混杂纤维混凝土的刚度退化较慢,受纤维特征参数的影响不明显;纤维对混凝土应力退化影响较小,可忽略不计。基于试验结果以及其他相关文献的试验数据,建立了钢-聚丙烯混杂纤维混凝土单轴循环受压应力-应变关系全曲线方程,计算结果与试验结果吻合良好。     

荷载损伤后聚丙烯纤维混凝土毛细吸水性能试验

为研究不同尺度聚丙烯纤维对损伤后混凝土毛细吸水性能的影响,选用两种尺度的聚丙烯细纤维和一种尺度的聚丙烯粗纤维进行单掺及混掺,在试件轴心抗压强度的0、20%、40%、60%、80%的5种应力水平下进行了混凝土毛细吸水试验研究。结果表明:6组混凝土试件的累计吸水量和平均吸水率随荷载的提高先减小后增大;不同尺度的聚丙烯纤维对不同应力水平下混凝土毛细吸水性能的影响程度不同,当应力水平小于40%时,细纤维对混凝土毛细吸水性能的影响较为显著,当应力水平大于60%时,粗纤维对混凝土毛细吸水性能的影响较为显著;掺入聚丙烯纤维可降低混凝土的累计吸水量及平均吸水率,3种不同尺度聚丙烯纤维混掺混凝土能够产生正向效应,抑制不同应力水平下混凝土内部微裂纹的产生与发展,更有效地降低混凝土在各个应力水平下的累计吸水量和平均吸水率。     

低掺量三元混杂纤维混凝土轴心受压试验

借助正交试验方法,研究了钢、聚丙烯、玄武岩等纤维及纤维掺量对三元混杂纤维混凝土(SPBHFRC)轴心抗压强度、轴压韧性及轴压破坏形态的影响,并筛选出轴压性能最优的纤维组合;结合轴压荷载-变形曲线、应力-应变曲线对混杂纤维混凝土变形过程进行详细描述,并对轴压应力-应变曲线进行数学拟合。研究表明,钢纤维含量是影响混杂纤维混凝土轴心受压性能的关键因素;钢纤维体积掺量为2%,聚丙烯体积掺量为0.1%,玄武岩体积掺量为0.2%时,混杂纤维混凝土试件在破坏时的轴压韧性较好,可为实际工程设计和选材提供参考;基于过镇海~[9]提出的分段式本构方程能准确拟合出SPB-HFRC轴心受压应力-应变曲线,可为纤维混凝土的非线性有限元分析提供可靠的计算依据。     

再生混凝土临界破坏特征及单轴压缩损伤本构方程

制作了5组不同再生粗骨料取代率的再生混凝土棱柱体试件并进行单轴压缩试验,采集棱柱体试件单轴受压全过程声发射(AE)参数,绘制单轴压缩应力-应变曲线。通过分析声发射能量参数,绘制压缩破坏过程中时间-声发射累计能量曲线,采用幂函数Power公式对该曲线进行拟合,将试验曲线与拟合曲线进行对比,结合能量加速释放理论对再生混凝土损伤过程声发射能量释放规律进行分析;将声发射累计能量突增的时刻视为临界破坏点,用受压全过程采集的声发射振铃计数定义损伤变量,考虑再生掺量带来的初始损伤,用再生粗骨料取代率百分数定义再生参数,借助Weibull统计方法与损伤理论建立声发射损伤演化模型,建立考虑再生粗骨料初始缺陷影响的声发射损伤本构方程,并将新建方程拟合应力-应变曲线与试验曲线进行对比。结果表明：拟合曲线与试验曲线吻合良好,新方程能够较好地描述再生混凝土的损伤演化过程。     

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。     

玄武岩纤维增强全再生粗骨料混凝土力学性能试验研究

研究了玄武岩纤维掺量对全再生粗骨料混凝土抗压和抗折强度、破坏形态、单轴受压应力-应变曲线的影响.结果表明:掺入玄武岩纤维后,试件的抗压强度提高,受压破坏时的整体性更好;随着玄武岩纤维掺量的增加,试件的抗折强度逐渐增大,所有抗折试件均为峰值后脆性破坏;随着玄武岩纤维掺量的增加,试件的峰值应力先增大后减小,峰值应变、静压弹...     

掺粉煤灰再生混凝土声发射检测试验研究

为了研究再生混凝土内部损伤随应力变化的演变规律,基于声发射技术对龄期为14 d、28 d、60 d的不同再生粗骨料替代率和不同粉煤灰掺量的混凝土进行了动态检测,获得了表征掺粉煤灰再生混凝土损伤演化过程的典型能量-应力图、撞击累计数-应力曲线以及声发射损伤定位图,探究了再生粗骨料替代率、粉煤灰掺量和龄期对声发射参数的影响,揭示了各应力阶段与内部损伤情况的关系。结果表明:再生粗骨料替代率越高,压密阶段占整个应力上升阶段的时间越长,由1/5上升到1/2,且各阶段的划分不突出,应力破坏阶段相应提前;掺加适量的粉煤灰可以密实再生混凝土内部的初始缺陷,但是,当粉煤灰掺量为30%时,试块在塑性阶段的撞击累计数开始出现剧增现象,使得捕捉材料破坏的预兆信息提前;不同龄期对再生混凝土的内部初始缺陷有一定影响,尤其体现在压密阶段和破坏阶段的撞击累计数上。     

钢-聚丙烯混杂纤维再生混凝土力学性能试验研究

为了研究钢-聚丙烯混杂纤维对再生混凝土基本力学性能的影响,设计制作了10组混杂纤维再生混凝土试件和1组普通再生混凝土试件,并对其进行立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度试验。试验中考虑的因素有钢-聚丙烯纤维混掺掺量、钢纤维和聚丙烯纤维长径比以及钢纤维类型,分析了各因素对再生混凝土基本力学性能的影响。结果表明:当钢纤维掺量为117 kg/m~3,聚丙烯纤维掺量为0.6 kg/m~3时,混杂纤维再生混凝土表现出较好的增强效果,其中立方体抗压、劈裂抗拉及抗折强度较普通再生混凝土分别提高了17.68%、57.88%、28.32%;随着钢纤维长径比的增加混杂纤维再生混凝土各强度均得到显著提高,最高提高了10.51%,而聚丙烯纤维长径比对混杂纤维再生混凝土各强度的影响效果不明显。端勾型钢纤维混杂纤维再生混凝土各强度均高于波纹型。此外,掺入混杂纤维后,再生混凝土由脆性破坏转变为一定的塑性破坏。     

多尺度聚丙烯纤维混凝土力学性能及损伤演化研究

对基准混凝土(JZ)、聚丙烯细纤维混凝土(PPF)、粗纤维混凝土(PPM)以及混掺纤维混凝土(PPC)进行了抗压试验,并结合其内部损伤发展情况,研究了多尺度聚丙烯纤维混凝土的力学性能、破坏后的外貌形态以及损伤演化过程的差异。根据混凝土受力状态、声发射参数与损伤程度之间的关系,得出了纤维混凝土应力-时间-振铃计数率曲线与损伤变量D-时间曲线,探究了纤维在混凝土受压状态下的工作原理。结果表明,聚丙烯纤维的掺入可以改善混凝土破坏后的完整度,提高混凝土的抗压强度、残余强度及延性等力学性能,有效抑制了混凝土裂缝的产生与发展。     

复掺纤维和玻化微珠对湿热环境下混凝土性能的影响

研究了复掺钢纤维、聚丙烯纤维和玻化微珠对混凝土抗压性能的影响,通过微观定量方法描述了混凝土孔隙结构与抗压性能之间的关系,结合声发射技术分析了湿热环境下混凝土的压缩破坏特征。结果表明:复掺钢纤维、聚丙烯纤维和玻化微珠混凝土在各级温度下的抗压强度均最高,且随温度上升的强度损失率最低;复掺钢纤维、聚丙烯纤维和玻化微珠混凝土的孔隙率和孔隙分形维数与抗压强度有良好的非线性关系;复掺钢纤维、聚丙烯纤维和玻化微珠可使混凝土的破坏形式从以张拉破坏为主转变为以剪切破坏为主。     

纤维沥青混凝土疲劳性能试验及寿命计算方法

通过应力控制模式下的劈裂疲劳试验,分析了不同掺量(纤维体积与沥青混合料体积之比)和长径比的聚酯纤维沥青混凝土劲度模量的衰减特征;结合损伤力学理论,提出了纤维沥青混凝土的疲劳破坏准则;在应力比-疲劳寿命(S-N)方程的基础上,建立了考虑纤维含量特征参数影响的纤维沥青混凝土疲劳寿命计算方法.结果表明:纤维含量特征参数能综合反映纤维掺量和长径比对沥青混凝土疲劳性能的综合影响;AC-13F型聚酯纤维沥青混凝土的最佳纤维掺量为0.35%,长径比为324,纤维含量特征参数值为1.13.     

不同掺量比的钢及聚丙烯混杂纤维混凝土在冲击荷载下的强度研究

采用SHPB试验装置,对三种不同掺量比的钢及聚丙烯混杂纤维混凝土试件进行冲击试验,绘制各掺量比下的应力-应变曲线。试验结果表明:钢纤维和聚丙烯纤维的掺入对混凝土的强度均有显著提高,钢纤维的最佳体积掺量为1.5%,聚丙烯纤维的最佳体积掺量为0.5%。     

变加载速率砂岩声发射特征及损伤本构模型

研究加载速率对岩石声发射特性的影响,可以推断加载过程中岩石内部的性态变化,有助于揭示岩体的失稳破坏机制。利用WAW-1000型试验机及PCI-2型声发射仪研究了受加载速率影响的砂岩单轴压缩声发射特性。结果表明:不同加载速率下,砂岩试件的破坏形式有单向剪切破坏、双向剪切破坏和轴向劈裂破坏3种破坏形态。加载速率对砂岩试件的声发射特征也有显著影响:加载速率较高时,砂岩声发射撞击幅值维持较高水平,撞击事件贯穿整个加载阶段,试件内部声发射数量少而集中;加载速率越高,砂岩累计声发射计数增长越快。以时间为中间变量,拟合出考虑加载速率情况下,砂岩应变与累计声发射计数的关系,推导出基于加载速率、声发射累计振铃计数的砂岩损伤本构模型。     

钢-聚丙烯纤维轻骨料混凝土抗折性能研究

考虑钢纤维掺量、钢纤维长径比、聚丙烯纤维体积掺量3个主要因素,设计制作钢-聚丙烯混杂纤维轻骨料混凝土试件,通过抗压、抗折试验,研究钢-聚丙烯混杂纤维轻骨料混凝土抗压、抗折性能。试验结果表明,混杂纤维的掺入对轻骨料混凝土抗压强度影响不显著,但对抗折强度有明显提高,改善了轻骨料混凝土的抗折性能     

混杂纤维RPC轴压应力-应变曲线试验研究

为了研究玄武岩-聚丙烯混杂纤维活性粉末混凝土的应力-应变关系,对制作的9组RPC试件进行了受压应力-应变全曲线试验。分析了不同纤维掺量下应力-应变曲线特征及轴心抗压强度和峰值应变随纤维掺量的变化规律。结果表明:总体上看当玄武岩纤维一定时,随着聚丙烯纤维掺量的增加RPC轴心抗压强度与峰值应变均先增加后减小。当玄武岩纤维掺量为0.15%,聚丙烯纤维掺量为0.033%时抗压强度达到最大值,此时达到最佳纤维掺量。依据试验结果得出混杂纤维RPC峰值应变与轴心抗压强度近似呈线性关系;同时根据试验曲线推导拟合得出了混杂纤维RPC轴心受压应力-应变曲线方程,拟合曲线与试验曲线能较好吻合,验证了拟合公式的合理性,可为工程应用提供参考。     

混杂纤维水泥基复合材料轴心受压应力-应变关系研究

在混杂纤维总体积掺量为2%的条件下,改变钢纤维、聚丙烯纤维和聚乙烯醇纤维的体积掺量,设计制作了两类混杂纤维水泥基试块,通过轴心受压试验,分别研究钢-聚丙烯和聚乙烯醇-聚丙烯混杂纤维水泥基复合材料的轴心受压应力-应变关系,并提出了不同纤维掺量变化对峰值应力、峰值应变影响的计算式。结果表明:钢纤维和聚乙烯醇纤维能提高试块的抗压强度,聚丙烯纤维能显著提高试块的峰值应变,当聚丙烯纤维体积掺量大于0. 5%时,混杂纤维水泥基复合材料的抗压强度会低于基体。