轴拉钢纤维混凝土变位约束模型的细观力学解法

目的 研究细观约束变位模型,解决承受轴拉的随机各向分布纤维增强混凝土的力学性能.方法 通过将单根随机纤维的理论解在三维空间进行积分运算可以有效地描述受拉纤维混凝土的受力过程.结果 给出拉拔力与裂纹张开位移及纤维倾斜角的函数关系,所绘制的圆直纤维混凝土σ-ω曲线与试验结果有较好的一致性.结论 该弹性模型可以较好地模拟纤维的破坏机理,但将其扩展为弹塑性模型以模拟加载,屈服及卸载等过程仍需要更为深入的研究.     

桥联特性对纤维复合材料裂纹扩展阻力曲线的影响

针对纤维复合材料，在吸附区模型的基础上，采用一定的桥联关系，用断裂力学的理论导出裂纹表面张开位移的控制方程，采用数值解法，得到裂纹张开位移和桥联力的分布，在此基础上，进一步计算得出了裂纹扩展的阻力曲线，并讨论了纤维的体积比、纤维与基体间界面摩擦力及纤维强度对裂纹扩展阻力曲线的影响。     

纤维增强复合材料桥联增韧模型

提出一个纤维增韧模型和一个桥联本构函数，考虑到界面滑移和分离特性，运用建立在纤维强度
基础上的韦布尔分布来模拟有效的桥联裂纹长度.当桥联载荷、总体外载荷、桥联应力和桥联应力强度因
子之间的关系联合求解时，描述了一个完全的桥联轮廓.对纤维增强复合材料作数值计算，结果表明，计
算值和现有实验值吻合得较好.建立在数值结果基础上，提出一个有限元法，通过比较半裂纹展开位移，
证实提出的模型和函数对模拟桥联律是有效的.     

黄麻纤维混凝土单轴拉伸理论曲线的建立及验证

建立黄麻纤维混凝土单轴拉伸应力-位移理论曲线可为实际工程设计提供依据并减少试验工作量和成本。基于自行设计的纤维拉拔试验,通过对几组黄麻纤维轴向和斜向拉拔试验曲线的理论假设和数学简化,建立了混凝土中黄麻纤维三维随机分布的细观拉拔模型。结果表明,通过该模型预测的黄麻纤维混凝土单轴拉伸应力-位移理论曲线与试验曲线基本相符,说明该模型是可行的。对其它相似类型的纤维可以采用同样方法从理论上预测该纤维混凝土的单拉曲线。     

复合材料桥纤维拔出的断裂动力学模型

在一无限的正交各向异性体的弹性平面上,对具有桥纤维平行自由表面的一个内部中央裂纹,提出了复合材料桥纤维拔出的动态模型.通过简化Keldysh-Sedov混合边界值问题的动态模型,呈现一简单和容易的解析解.求得了正交异性体中动态扩展裂纹受非均匀力作用问题的解析解,并利用这一解,通过迭加最终求得该模型的解.     

PVA纤维增强水泥基复合材料的抗拉性能

通过单轴拉伸试验,研究了粉煤灰种类、掺量、水胶比和砂胶比对聚乙烯醇(PVA)纤维应变硬化水泥基复合材料(SHCC)拉伸性能的影响.研究结果表明:粉煤灰替代部分水泥会降低SHCC的抗拉强度,随着粉煤灰掺量的增加,SHCC的应变硬化和多缝开裂特性能得到更好的发挥;在相同掺量下,Ⅰ级粉煤灰相较于Ⅱ级粉煤灰而言,能使SHCC具有更好的拉伸性能;水胶比的增加与砂胶比的减小,都会使SHCC的初裂强度和极限拉伸强度降低,但其极限拉伸应变会有所提升,较高的水胶比与较低的砂胶比更利于SHCC应变硬化和多缝开裂特性的发挥.     

纤维素纤维增强高韧性水泥基复合材料的拉伸力学性能

研究了3种纤维掺量UF纤维素纤维增强水泥基复合材料(UF-ECC)的单轴拉伸性能及纤维掺量对ECC力学性能的影响规律,探讨了裂缝扩展宽度与轴拉应力的关系,分析了ECC的拉伸断裂能与特征长度.结果表明:当纤维体积掺量由0.3%提高到0.6%时,UF-ECC的最大拉应变提高183%,断裂能提高419%,特征长度提高281%.ECC复合材料的最大拉应变是聚丙烯纤维混凝土的8~20倍.UF纤维素纤维具有良好的阻裂增韧效用,显著提高了ECC的变形能力,ECC在单轴拉伸荷载下能实现应变硬化和多重裂纹初裂.     

纤维布加固混凝土方柱的改进约束强度模型

为研究不同种类纤维布约束对混凝土方形截面柱力学性能和破坏模式的影响,针对混凝土约束效应区域,提出采用1/4圆弧替代传统二次抛物线划分有效约束区和弱约束区,基于此改进并统一了形状系数,实现对既有约束强度模型的改进。采用138组不同纤维布包裹柱试验数据对比了5种不同约束强度计算模型改进前后的效果,发现改进后模型计算值与试验数据吻合更好。为了拓展改进模型的应用范围,进一步通过8根BFRP布包裹柱试验,验证了所提出改进模型在BFRP加固混凝土柱承载力预测上的可行性。     

玄武岩纤维混凝土单轴受拉损伤本构模型研究

为探究玄武岩纤维混凝土单轴受拉状态下的受力行为,采用等效应变假定理论,建立玄武岩纤维混凝土单轴受拉损伤演化方程。结合相关试验数据对考虑纤维影响的材料参数进行标定,得到单轴受拉损伤本构模型。通过试验曲线与理论曲线对比分析,验证损伤本构模型的准确性。以玄武岩纤维混凝土-钢筋梁三分点加载为例,运用该本构模型进行结构有限元分析,数值模拟结果与试验结果吻合程度较高,表明运用该损伤本构模型对结构受力进行分析具有可行性。     

基于内聚力模型的纳米纤维和纳米颗粒双相增强陶瓷基复合材料的损伤分析

通过在纳米纤维和基体之间应用无厚度指数型内聚力单元,建立纳米增强陶瓷基复合材料的界面损伤本构关系。利用MARC有限元分析纳米纤维与基体之间含界面损伤时,单一纳米纤维及纳米纤维和纳米颗粒双相增强陶瓷基复合材料受位移荷载作用时的应力-应变响应。结果表明:纳米纤维与基体之间的界面损伤演化主要由内聚力单元的最大裂纹张开位移控制,与单一增强情况相比,纳米纤维与纳米颗粒的双相作用更有利于提高陶瓷基复合材料的强度,内聚力模型能准确模拟纳米纤维与陶瓷基体之间的界面裂纹扩展,是研究纳米复合材料损伤的有效方法。     

PVA纤维水泥基复合材料的抗拉性能及韧性研究

聚乙烯醇(PVA)纤维是一种具有高抗拉、高弹模,亲水性好,特别是与波特兰水泥有良好的相容性等特点的新型纤维.为配制出高韧性、大变形纤维增强水泥基复合材料,试验介绍了PVA纤维增强水泥基复合材料的单轴拉伸性能和弯曲韧性,试验结果表明:PVA纤维具有良好的阻裂增韧效用,能够显著提高水泥基复合材料的抗裂性能和变形能力;PVA纤维可明显改善混凝土弯曲韧性,且PVA纤维混凝土的弯曲韧性指数明显高于聚丙烯(PP)纤维混凝土.     

高韧性纤维增强水泥基复合材料的单轴拉伸力学性能

试验研究了3种纤维掺量聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)的单轴拉伸力学性能及纤维掺量对ECC力学性能的影响规律,探讨了裂缝扩展宽度与轴拉应力的关系,分析了ECC拉伸断裂能与特征长度.结果表明:当纤维掺量由0.308%提高到0.462%时,PVA-ECC的断裂能提高128%,特征长度提高146%,最大拉应变提高128%.PVA-ECC的断裂能和最大拉应变比聚丙烯纤维混凝土分别提高209%和3 614%.表明PVA纤维具有良好的阻裂增韧效用,显著提高了ECC的抗裂性能和变形能力,ECC在单轴拉伸荷载下能实现应变硬化和多重裂纹开裂.     

乳化沥青对PVA纤维增强水泥基复合材料韧性的影响

为了研究乳化沥青对纤维增强水泥基复合材料韧性的影响,采用乳化沥青制备PVA纤维增强水泥基复合材料,对其强度和韧性性能进行测试,并采用SEM对试件断面微观形貌进行了分析。结果表明,加入乳化沥青以后,复合材料的抗压强度和抗折强度迅速下降,而韧性性能迅速上升;纤维的破坏模式由拉断破坏变成拔出破坏,随之在试件底部出现了多缝开裂;当乳化沥青用量为10%时,试件出现了明显应变硬化现象;当乳化沥青用量过大时,韧性反而下降。此外,结合微观力学原理,对乳化沥青的增韧机理进行了阐述。     

几何混杂钢纤维水泥基材料的断裂性能研究

采用不同几何尺度混杂钢纤维增强水泥基材料的断裂性能,结果表明,在纤维体积分数一定的情况下,几何混杂钢纤维对水泥基材料强度和断裂韧性的改善优于单一尺度钢纤维。选用适当混杂比的几何混杂钢纤维增强水泥基体,可制备出断裂性能较好的GHFRCC材料。     

离心成型钢纤维混凝土轴心抗压强度试验研究

通过试验研究了离心成型钢纤维混凝土环形截面构件的轴心抗压性能,分析了离心成型中速阶段离心时间、离心加速度、骨料级配、钢纤维长度、钢纤维体积率等因素对钢纤维混凝土轴心抗压强度的影响作用.结果表明:当钢纤维长度小于25 mm时,延长离心时间有利于提高钢纤维混凝土的轴心抗压强度;增大离心加速度不利于钢纤维混凝土轴心抗压强度的提高;粗骨料粒径5~10 mm时的钢纤维混凝土轴心抗压强度高于粗骨料粒径5~15 mm时的钢纤维混凝土轴心抗压强度;从材料的性价比角度考虑,宜选取长度为25~32 mm、体积率为1.2%左右的钢纤维.     

钢管纤维混凝土短柱轴压承载力计算分析

钢管钢纤维高强混凝土柱是一种新型的结构.普通钢管混凝土短柱的承载力计算公式不能满足钢管钢纤维高强混凝土短柱的需要.在对7根钢管钢纤维高强混凝土短柱和3根钢管高强混凝土短柱试验的基础上,对其承载力进行了理论分析.推导了钢管钢纤维高强混凝土短柱极限承载力的理论计算公式,对其影响因素进行了分析,给出了钢管钢纤维高强混凝土短柱极限承载力的简化计算公式.公式的计算结果与试验结果吻合较好,可供工程设计参考.     

钢纤维膨胀混凝土轴压应力应变全曲线研究

钢纤维膨胀混凝土是将钢纤维乱向分散于膨胀混凝土中，形成的一种集承重与防渗为一体的新型建筑材料，采用一组合弹簧作刚性辅助架的方法，成功地测出了钢纤维膨胀混凝土轴压应力－变变全过程曲线，在试验研究基础上，对其应力应变全曲线进行了数值模拟，给出了与试验结果符合较好的模拟方程。     

钢纤维混凝土轴拉初裂强度的计算方法

钢纤维混凝土轴拉初强度是确定钢纤维混凝土抗裂度的重要指标 ,也是间接衡量钢纤维混凝土其它力学性能的指标 .通过对钢纤维混凝土轴拉试验结果的分析 ,研究了钢纤维外形和体积率、混凝土强度等级对钢纤维混凝土轴拉初裂强度的影响 .结果表明 :混凝土轴拉初裂强度分别随钢纤维体积率的增大和混凝土强度等级的提高而增大 .最后 ,建立了钢纤维混凝土轴拉初裂强度的计算模型 ,提出了钢纤维混凝土轴拉初裂强度的计算公式 ,供修订我国的《钢纤维混凝土设计与施工规程》以及工程设计与施工参考 .     

ECC材料的抗冻融性能试验研究

采用快冻法试验研究高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)的抗冻融耐久性能,并与混凝土和砂浆抗冻融性能进行对比,分析国产与进口聚乙烯醇(PVA)纤维对ECC抗冻融性能的影响规律,探讨砂灰比对ECC抗冻性的影响.结果表明:300次冻融循环后,掺入国产和进口PVA纤维的ECC质量损失率分别控制在2.5%和1.5%以内;ECC的纵向相对动弹性模量比混凝土和砂浆提高1.62～1.87倍;ECC的横向相对动弹性模量比混凝土和砂浆提高1.61～1.79倍.随着砂灰比的增加,ECC质量损失率逐渐增加;ECC纵向与横向相对动弹性模量稍有增加.ECC抗冻等级高于F300,完全可用于寒冷地区混凝土结构的加固与维护.