有缺陷纤维增强复合材料的细观力学

本文沿着细观力学从各向同性到各向异性，从平面问题到三维问题，从线弹性到弹塑性的发展历程，对有缺陷复合材料的细观力学的主要研究领域进行了总结和评述。     

绿色路用纤维增强水泥基复合材料制备及其韧性表征

为提高传统混凝土的路面抗变形能力,采用橡胶粉和玄武岩束制备绿色路用纤维增强水泥基复合材料(FRCC)。对材料的力学特性、韧性指标以及微观结构进行分析,结果表明:单掺橡胶粉时,材料的强度随橡胶粉掺量增加整体呈下降趋势,但其折压比随橡胶粉掺量增加有所提高,试件破坏过程中表现出一定的延性。复掺0.6%、0.8%和1.0%玄武岩纤维束时,材料的强度和折压比均有很大程度的提高,其荷载-挠度曲线具有明显的弯曲硬化特征,峰值荷载所对应的挠度比单掺10%橡胶粉的试验组提高了30%~110%,全曲线所包围面积为单掺10%橡胶粉试验组的14.4~30.3倍。采用初始弯曲韧性比进行弯曲韧性表征结果与折压比之间具有良好的线性相关性。     

高性能PVA纤维增强水泥基复合材料单轴受拉特性

高韧性PVA纤维增强水泥基复合材料具有很高的能量吸收能力,但强度通常较低,采用我国地方材料资源和工业废料,可制备出高强度同时极限变形量满足实际工程要求的高性能PVA纤维增强水泥基复合材料(HPFRCC),以应用于高层抗震建筑结构的关键部位。通过单轴受拉强度和变形特性试验,研究PVA纤维体积率、粉煤灰掺量、硅灰掺量、水胶比及砂胶比对HPFRCC抗拉性能的影响,研究结果表明：随着PVA纤维体积掺量的增加,HPFRCC的抗拉强度与极限拉应变增大;大掺量粉煤灰替代水泥及增大水胶比可降低HPFRCC的抗拉强度,但明显改善其受拉应变硬化特性;HPFRCC中掺入适量硅灰及细砂可提高其抗拉强度,但极限拉应变降低,尤其当砂胶比较大时,HPFRCC的受拉应变硬化现象不明显;基于细观力学模型,分析了各因素对HPFRCC拉伸应变硬化特性影响的原因,研究结果可为今后HPFRCC的实际工程应用提供基础依据。     

纤维增强水泥基复合材料的动力拉伸性能研究

采用分离式霍普金森杆对聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基复合材料(PRCC)、基体材料、不同相对掺量的钢纤维和PVA纤维混合增强水泥基复合材料(HFRCC)进行了四种不同应变率下的动态劈拉试验,通过对材料的劈拉强度、能量吸收和破坏形态等方面的对比分析,探讨了三种材料的动力拉伸性能,结果表明材料表现出应变率敏感性,随着应变率的提高,动态劈拉强度和能量吸收能力相应增加。HFRCC对基体材料的劈拉强度提高可达到34%,而PRCC材料提高约20%。PVA纤维对材料的耗能能力的影响比钢纤维具有更强的应变率敏感性。钢纤维掺量占总纤维掺量25%的HFRCC材料耗能能力比PRCC略低5%,而钢纤维掺量达到总纤维掺量的62.5%时,HFRCC材料的耗能能力比PRCC的耗能能力显著提高。HFRCC在动态劈拉强度和能量吸收能力方面更加均衡,具有更好抵抗冲击的能力。     

纤维增强陶瓷基复合材料的发展

陶瓷材料具有高温强度高、耐高温、抗氧化、抗高温蠕变性好、高硬度、高耐磨损性、热膨胀系数小、耐化学腐蚀等优点,但是也存在致命的弱点——脆性。它不能承受激烈的机械冲击和热冲击,因而限制了它的     

纤维增强玻璃陶瓷基复合材料的研究

介绍了纤维增强玻璃陶瓷基复合材料的发展历史及现状，概述了ＦＲＧＣＣ研究的主要内容，重点讨论了制备高性能ＦＲＧＣＣ所要考虑的因素。     

纤维增强复合材料弹塑性性能的细观研究

基于Mori-Tanaka方法和Eshelby等效夹杂理论,建立弹性阶段基体和纤维平均应力之间的桥联矩阵,导出了该矩阵各元素的显式。鉴于工程实际材料对柔度矩阵对称性的要求并考虑组分材料物理性能和细观几何特征等因素的影响,对所导出的桥联矩阵进行合理简化。引入与基体等效塑性应变相关联的修正参数,以此确定纤维和基体中应力分配。数值结果表明,本文中建立的复合材料非线性理论模型与实验结果吻合较好。      

水泥基复合材料中倾斜钢纤维细观桥联模型

主要从细观尺度研究水泥基复合材料中倾斜钢纤维的桥联行为.对纤维在基体中的埋入部分采用杆元近似,基体之外的部分,根据其弹性或塑性状态分别作悬臂梁或塑性铰近似,从而简化为两种构形.结合这两种构形和杆元近似,并采用经典的描述轴向行为的Naaman剪滞模型,同时引入纤维的侧向有效承载面积来描述基体局部失效效应,推导了描述高模量倾斜钢纤维桥联行为全过程的解析模型.模型预测的桥联行为与实验有较好的一致性.     

钢纤维增强水泥砂浆压剪联合冲击下动态剪切性能

基于唐志平等提出的剪切波跟踪技术(SWT),对钢纤维增强水泥砂浆进行了冲击速度40m/s~270m/s倾斜角为0~20°的斜撞击试验.研究结果表明,在此冲击速度下,材料处于损伤状态和由损伤状态向孔洞崩塌过渡阶段.此结果与聚丙烯纤维增强水泥砂浆的实验结果进行对比,发现钢纤维体积含量为0.5%时,对压缩性能的增强效果并不明显,但相应的剪切波速明显增加;当钢纤维体积含量为1%时对压缩性能和剪切波速均有较大的提高.由于钢纤维与水泥砂浆基体的强度相差太大,剪切强度有一定的改善,但数据较离散.同时通过对剪切结果分析表明,采用剪切波,尤其是卸载剪切波来探测脆性材料内部动态损伤非常有效.     

单轴对称十字型钢混凝土中长柱偏压性能试验研究

为研究单轴对称十字型钢混凝土中长柱偏心受压性能,进行8根单轴对称十字型钢混凝土中长柱偏压试验,分别研究不同加载方向十字型钢偏心率和荷载偏心率对试件破坏模式、侧向挠度、荷载-挠度曲线和极限承载力的影响规律,建立该组合柱正截面受压承载力计算方法.结果表明:根据荷载偏心率的不同,组合柱表现出小偏心受压破坏和大偏心受压破坏两种...     

ECC双轴压力学性能及破坏准则试验研究

利用真三轴液压伺服试验机,对3种强度的高延性纤维增强水泥基复合材料(Engineered CementitiousComposites,ECC)进行了双轴压试验研究,得到了ECC在双轴压应力状态下的破坏形态、极限强度和应力-应变曲线,并与普通混凝土的试验结果进行对比,分析了不同应力比下ECC的破坏机理和主压强度的变化规律。试验结果表明,双轴压应力状态下,ECC强度包络线与普通混凝土有一定差别,强度较低时两者结果相近,但强度较高时相同应力比下ECC主压强度增幅明显小于混凝土。最后,基于Kupfer等建立的普通混凝土的强度准则和试验结果,提出了ECC的双轴压强度破坏准则。     

全装配式RC楼盖板缝节点拉剪复合受力性能试验研究

为研究分布式连接全装配RC楼盖(DCNPD)板缝节点在拉剪复合作用下的受力性能,进行了12个板缝节点在纯剪和拉剪复合作用下受力性能试验,对板缝节点的承载能力、裂缝模式、破坏形态、位移延性和应变规律等进行了较为系统的研究。结果表明：拉力的存在减小了由剪切作用引起的连接件与相邻混凝土间的承压作用,致使板缝节点抗剪承载力不同程度的降低,并且拉剪比越大,拉力对板缝节点屈服荷载和峰值荷载的削弱作用越明显;拉剪复合作用下,板缝节点较早呈现出非线性受力特征;拉力对板缝节点位移延性有较大的削弱,尤其对于楼盖中高拉剪比区域应采取措施避免节点发生脆性破坏;综合考虑板缝节点的荷载-位移响应、位移延性特征和破坏模式等因素,HPC、CPC和HP-CPC三种节点是较为理想的DCNPD板缝节点形式,SPC锚筋与锚板间焊缝在拉剪复合作用下易发生断裂,需改进措施以提高其拉剪复合受力性能。     

延性纤维混凝土剪力墙抗震性能试验研究

该文为改善高性能混凝土剪力墙的抗震性能,提出在剪力墙塑性铰区采用延性纤维混凝土(DFRC),设计了4片剪跨比为2.1的剪力墙试件,并进行了拟静力试验。通过改变DFRC区高度、轴压比和约束箍筋数量,研究其破坏机理、耗能能力及变形性能。结果表明：1) 塑性铰区采用DFRC的剪力墙试件弹性阶段变长,剪力墙屈服后承载力降低缓慢;2) DFRC可有效控制剪力墙塑性铰区的弯剪斜裂缝的宽度,防止塑性铰区发生剪切破坏;3) DFRC区高度增大,剪力墙的变形和耗能能力明显提高,DFRC区约束箍筋数量增加,试件变形和耗能能力提高;4) 塑性铰区采用DFRC的剪力墙试件,塑性铰区损伤程度明显降低,对减轻剪力墙的地震破坏程度具有重要作用。     

PBL剪力连接件粘结滑移性能的静载推出试验研究

PBL 剪力连接件是组合梁桥中波纹钢腹板和混凝土上下翼缘板连接的关键构造,研究PBL 剪力连接件的粘结滑移性能是连接件设计的关键环节。该文简要介绍了PBL剪力连接件的发展和研究现状,结合波形钢腹板PC 组合箱梁桥工程背景,进行了4 个PBL 连接件的静载推出试验,分析了腹板厚度和孔径大小对连接件粘结滑移性能、极限承载能力和破坏机制的影响。实验结果表明,各个试件有相似的滑移趋势并表现出一定的延性,随着腹板厚度和连接件孔径的增大,极限承载能力增强。同时,通过对荷载和水平位移关系的分析,得到连接件的受力机理为：在受力初期,混凝土受到剪力件的力传递发生变形向外膨胀;随着荷载的增大,剪力件发生明显滑移,混凝土发生向外侧的位移。剪力连接件腹板、翼缘和钢腹板上的应变发展趋势符合加载受力的传递机理。最后,对比和分析了连接件极限承载力的理论结果和试验结果,阐述了影响极限承载力的主要因素,并且在考虑安全实用意义的基础上,提出了一个新的估算公式,可以较好地估算本次试验结果。     

低周反复荷载下钢纤维高强混凝土柱延性试验研究

通过2根钢纤维高强混凝土柱在低周反复荷载作用下的压弯性能试验,研究了轴压比、钢纤维含量特征值、箍筋含量特征值、剪跨比和纵向配筋等因素对钢纤维高强混凝土柱延性性能的影响规律,结果表明:钢纤维对改善高强混凝土柱的脆性破坏性质并提高其延性具有明显效果,但钢纤维和箍筋对高强混凝土柱的延性提高作用机理不同,不能采用钢纤维等量(体积率相同)取代箍筋的方法使高强混凝土柱获得等同的延性性能.提出了钢纤维高强混凝土柱的位移延性系数计算公式,可供工程设计应用参考.     

UHTCC单轴受压韧性的试验测定与评价指标

韧性指标是评价超高韧性水泥基复合材料(简称UHTCC)独特力学性能的重要指标。对比各国关于钢纤维混凝土弯曲韧性的测定与评价标准,该文以美国ASTMC1018标准、德国纤维混凝土标准和奥地利喷射混凝土标准为基础,分别采用等效抗压强度feq,n和开裂后的变形能Anp、韧性等级、评价纤维增韧作用的相对韧性指标RT1和评价UHTCC峰值后韧性的相对韧性指标RT2,从不同的角度详细定量地评价UHTCC的受压韧性性能。通过对棱柱体抗压强度在33MPa―52MPa之间的6组不同抗压强度的UHTCC进行单轴抗压试验表明,随着棱柱体抗压强度的增加,UHTCC开裂后所吸收的变形能和等效抗压强度增加;相对韧性指标计算结果表明添加体积分数为2%的PVA纤维使UHTCC的韧性性能达到相应基体韧性性能的2.6倍―3.8倍;使UHTCC峰值后的韧性性能达到峰值前的1.7倍―2.2倍,并证明纤维的作用主要体现在基体开裂后的韧性提高上;UHTCC的受压韧性等级主要在一级和二级之间。各组韧性指标均证明UHTCC具有较高的受压韧性性能和塑性变形能力,以及开裂后的高荷载承受能力。     

高轴压比配筋PVA纤维增强混凝土柱抗震性能试验研究

为提高钢筋混凝土柱在高轴压比下的抗震性能,采用聚乙烯醇（PVA）纤维增强混凝土代替普通混凝土是可选择的措施之一。设计6个剪跨比为4的钢筋混凝土柱试件,其中4个试件采用PVA纤维增强混凝土,另外2个对比试件采用普通混凝土,进行拟静力试验以研究高轴压比下的抗震性能。通过改变轴压比和纤维掺量,在水平循环往复荷载作用下,观测试件裂缝开展及破坏过程,研究滞回性能、骨架曲线、延性性能及耗能能力。试验结果表明：高轴压比下,PVA纤维增强钢筋混凝土柱破坏时,裂缝开展缓慢,纤维的桥接作用有效地抑制了裂缝的开展;纤维增强混凝土柱主要表现为延性破坏模式,极限位移角约为普通混凝土柱的1.47倍~1.53倍,表明其具有良好的塑性变形能力和损伤容限;PVA纤维增强钢筋混凝土柱的耗能比约为普通混凝土柱的1.82倍~1.95倍,表明其耗能能力显著提高,抗震性能优越。     

不同轴压比新型混合装配式混凝土剪力墙抗震性能试验研究

对1个现浇、2个新型混合装配式足尺比例试件进行了低周反复荷载试验,以验证新型混合装配式剪力墙的抗震能力。同时,新型混合装配式试件考虑了0.1、0.2两种轴压比条件,以探讨轴压比参数对其抗震能力的影响规律。试验结果表明,与现浇试件相比,相同轴压比条件下,新型混合装配式试件的抗裂性能、承载力、刚度均较现浇试件明显提高,位移延性性能接近,耗能能力有所降低;随轴压比降低,新型混合装配式试件的刚度明显降低、残余变形增大、耗能能力提高,除试件强度特性外,各方面性能均劣于较高轴压比的现浇试件。