钢筋钢纤维混凝土梁柱节点损伤特性及其计算方法

基于低周反复加载试验结果,研究钢筋钢纤维混凝土梁柱节点损伤演化特性。将变形与累积能量耗散指标相结合,建立反复荷载作用下钢筋钢纤维混凝土梁柱节点损伤的计算模型,分析影响钢筋钢纤维混凝土梁柱节点损伤的因素。结果表明：核心区钢纤维体积率、配箍率和轴压比是影响钢筋钢纤维混凝土梁柱节点损伤性能的主要因素;在相同的加载次数下,随钢纤维体积率、配箍率和轴压比的增大,梁柱节点损伤有所减小;其他影响因素相同的条件下,钢纤维体积率为1.0%和1.5%梁柱节点损伤曲线在破坏时的斜率较钢纤维体积率为0.5%的梁柱节点分别减小了21.6%和34.7%;配箍率为0.6%和1.2%的梁柱节点损伤曲线在破坏时的斜率较配箍率为0的梁柱节点分别减小了36.9%和59.4%;轴压比为0.3和0.4的梁柱节点损伤曲线在破坏时的斜率较轴压比为0.2的梁柱节点分别减小了12.5%和17.1%;所建立的反复荷载作用下钢筋钢纤维混凝土梁柱节点损伤计算模型,能够较好反映梁柱节点损伤演化的特点,可用于描述此类节点的损伤演化过程。     

钢纤维混凝土疲劳损伤行为研究

研究了轴向压缩疲劳荷载作用下钢纤维混凝土的疲劳损伤演化行为，给出了描述该损伤行为演变规律的力学模型。     

Experimental and numerical analysis on effect of fibre aspect ratio on mechanical properties of SRFC

Based on experimental results, this paper firstly evaluates the effect of fibre aspect ratio (length-to-diameter) on mechanical characteristics of steel fibre reinforced concrete (SFRC). Analysis reveals that the aspect ratio has an optimal value for strengths in every concrete batch. Beyond this value, the addition of steel fibres into concrete may have an effect of increasing the ductility rather than the strengths. Subsequently, crater and perforation in two SFRC targets by a steel projectile are numerically simulated based on erosion algorithm. The effective stress and effective plastic strain are tabulated to model the softening behavior due to post-yield damage. Numerical results show that the hydrodynamic model is able to describe the responses of SFRC under impact loading. Besides, higher aspect ratio of fibres can absorb more energy, causing smaller craters in SFRC target and lower residual velocity of the projectile.     

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。     

钢纤维混凝土断裂破坏机理及受拉损伤本构试验研究

钢纤维混凝土断裂行为及受拉本构关系对其工程应用起到至关重要作用,目前尚无本构模型揭示基体开裂与纤维拔出所产生的能量耗散的演化规律。文章通过开展钢纤维混凝土带缺口梁三点弯试验,利用声发射技术监测试件断裂过程中不同微观开裂模式所对应的能量耗散的演化规律,结合损伤力学原理建立钢纤维混凝土的单轴受拉弹塑性损伤本构模型。试验研究3种基体混凝土配合比、4种钢纤维体积率(0、0.5%、1.0%和1.5%)共36个试件。根据试验结果,提出钢纤维混凝土断裂破坏的4个阶段及其临界状态判别标准,得到钢纤维混凝土断裂能、轴心抗拉强度与钢纤维体积率之间的关系。并提出基于声发射峰频分析判别受拉与剪切开裂模式的新方法。基于两类开裂模式的声发射能量监测结果,拟合得到基体混凝土开裂损伤因子、钢纤维桥接作用损伤因子的数学表达式,建立钢纤维混凝土单轴受拉弹塑性损伤本构模型。与RILEM和fib模型对比表明：文章模型计算的应力-应变曲线与RILEM模型较接近;在钢纤维体积率小于0.5%时,文章模型计算的应力-应变曲线在峰值后表现出软化行为,而在钢纤维体积率大于1.0%之后则表现出硬化行为;能够计算断裂全过程中的钢纤维桥接应力。     

土体结构性损伤模型研究

结构性土体具有明显的损伤破损效应,结构性土体可看作是重塑土附含有一定的结构性。在荷载作用下,结构性土体的结构性逐渐消失,即土体的结构性发生损伤,直至结构性土体转化为重塑土。基于此认识,可将结构性土体的损伤变量与经典连续介质损伤力学中关于损伤变量的定义一致,同时也是经典损伤力学的扩展。将损伤而耗散的能量定义为损伤耗散能,并引入到土体的能量平衡方程中。通过对结构体元的能量分析,推导了相应的损伤演化方程,并给出了模型参数的确定方法。最后将试验结果和本文方法的结果进行对比,结果表明本文方法能较好反映土体损伤演化规律。     

The impact vibration-based fatigue damage assessment of steel and steel fiber reinforced concrete composite girder

The steel-concrete composite girder has been usually applied in the civil structures. The current fatigue damage assessment on the composite girder, especially the negative bending region, mainly bases on the crack observation and deflection measurement. It is not stable sometimes, thus the impact vibration-based fatigue damage assessment was considered instead. A 3.3m steel-steel fiber reinforced concrete (SFRC) composite girder was designed and tested. The fatigue load, the impact load, and the static load were applied in the test. It showed that the local fatigue damage reflected by the tensile SFRC cracks may not be easily evaluated through observing the global mechanical change. However, the vibration modal parameters such as the vibration frequency, vibration mode, damping ratio might be useful for this. In particular, the vibration mode variation, which can be expressed by the Modal Assurance Criterion (MAC) value, may reflect the local fatigue damage on the composite girder.     

考虑流变参数弱化综合影响的软岩蠕变损伤本构模型及其参数智能辨识

根据损伤的定义和软岩的蠕变破坏特点,提出反映应力水平和时间因素对弹性模量弱化综合影响的软岩蠕变损伤变量的一般表达式,推导并建立软岩蠕变损伤演化方程,探讨损伤变量随应力水平和时间的变化规律。以Burgers模型为基础,建立可考虑参数综合弱化的软岩蠕变损伤本构方程。修正后的Burgers蠕变损伤本构模型体现了参数随时间增长和应力水平增大的弱化现象,反映了岩石材料的损伤劣化过程。基于粒子群优化算法(PSO)具有迭代过程简单、能有效地收敛到全局最优解等优良特性,提出基于PSO的蠕变损伤本构模型参数智能辨识的方法和步骤。采用MATLAB软件,编制基于粒子群优化算法的参数辨识程序。以某深部软岩试样蠕变试验为例进行验证分析,结果表明采用考虑参数综合弱化的蠕变损伤本构模型具有较好的实用性。     

钢纤维增强混凝土建筑地坪试验研究

在混凝土地坪中适量掺入钢纤维 ,可以有效控制混凝土裂缝 ,提高混凝土地坪的防裂和抗裂性能。通过对钢纤维混凝土地基板的系列试验 ,研究在混凝土地基板中掺入不同数量以及不同类型的钢纤维 ,可使混凝土地坪的防裂和抗裂性能得到提高。并从地坪吸收能量的观点 ,分析了钢纤维混凝土地坪的极限承载力     

Umlagerungsverhalten von Plattentragwerken aus Stahlfaserbeton

Das Tragverhalten von Platten aus Stahlfaserbeton ist von starker Nichtlinearität durch Rissbildung und großen traglaststeigernden Umlagerungen geprägt. Für ihre Berechnung und Bemessung wird ein nichtlineares Verfahren vorgestellt. Es basiert auf einer elasto‐plastischen Schädigungsbeschreibung des Faserbetons mit eingebetteter Betonstahlbewehrung und einer Finite Elemente Diskretisierung des Stabstahls und der Platte mit regularisierter Verschmierung der Rissbildung im Elementnetz. Das Verfahren wird an einer punktgestützen Stahlfaserbetonplatte eines Großversuchs angewendet und verglichen mit anderen gängigen Methoden, nämlich einer linear‐elastischen Schnittgrößenermittlung bzw. der Bruchlinientheorie. Zur Bemessung erweist es sich als sehr geeignet, allerdings – ähnlich den beiden anderen Verfahren – abhängig von der angenommen Rissbildung, der Nachrisszugfestigkeit und geometrischen Größen. Redistribution Effects of Steel Fibre Reinforced Concrete Slabs Numerical Computation and Design The bearing behaviour of steel fibre reinforced concrete (SFRC) slabs is mainly affected by nonlinearity due to cracking and redistribution effects leading to an increased bearing capacity. A nonlinear approach for structural analysis and design of such structures is presented. It is based on an elasto‐plastic damage theory to model material behaviour of SFRC and allows for additional embedded rebars. By adopting a finite element discretisation of the slab structure a regulated smeared modelling of cracking is achieved. Further the nonlinear model is applied to a full scale test of a SFRC flat slab structure and results are compared to alternative already well established methods, namely a linear elastic analysis and the yield line theory. The proposed method is proven to be very suitable for design but – alike the alternatives – depends on assumed crack patterns, residual tensile strength of the SFRC and geometrical parameters.     

钢筋钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力基于八面体强度的计算模型

针对钢筋钢纤维混凝土梁柱节点的受剪性能与承载力计算方法,采用混凝土八面体强度模型,并以国内外钢筋钢纤维混凝土梁柱节点相关试验数据为基础,对其进行了理论研究。建立了梁柱节点破坏时核心区混凝土正应力与剪应力之间的关系,提出了钢筋钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力计算方法,并分析了影响钢筋钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力的因素。结果表明,钢筋钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力随柱端轴压比、混凝土强度、节点核心区配箍率以及钢纤维含量特征参数的增加而增大;梁柱截面高度比对受剪承载力的影响较小。基于相关的试验数据,通过趋势分析验证了所提出的计算方法能够综合反映柱端轴压比、混凝土强度、节点核心区箍筋以及钢纤维含量特征参数的影响。研究结果可为钢筋钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力计算提供理论依据。     

钢纤维混凝土路面在穿城改造中的应用研究

文章介绍了铜纤维的增强机理和钢纤维混凝土在穿城改造原有沥青路面中的应用情况。在对水泥稳定碎石基层和钢纤维混凝土面层试验结果的基础上，提出了行之有效的方法来解决由于铜纤维的掺入而引起的集束效应和团结现象。证实了钢纤维混凝土在城市道路改造工程、路面修补工程的可行性和钢纤维混凝土具有抗拉弯、抗裂、耐磨、耐疲劳等优良的路用性能。它不仅可使面层减薄，缩缝间距加大，改善路面的使用性能。而且还可节省工程维修、养护造价和施工工期的缩短。建议在路面标高受到限制、通车影响、施工工期等因素受到制约时。应优先考虑采用钢纤维混凝土路面。     

应用能量守恒原理设计钢纤维喷射混凝土衬砌厚度的方法

不同于普通混凝土，钢纤维混凝土在破坏时由于钢纤维的拔出作用可以消耗大量的能量，系统地研究钢纤维混凝土的这一本质特征对钢纤维混凝土结构的设计有着重大的指导意义。从室内试验结果出发，应用概率统计方法对钢纤维喷射混凝土的指标进行了可靠性分析，得出实际可以接受的保证率下的钢纤维喷射混凝土能量指标，然后通过相关能量公式的推导，将韧性试验得到的钢纤维喷射混凝土的能量指标应用于较高等级围岩中隧道衬砌结构的设计。     

钢纤维混凝土抗冻性能试验研究

为了研究钢纤维混凝土的抗冻性能,采用快冻法进行了0％、0.5％、1.0％、1.5％、2.0％五种不同钢纤维掺量的混凝土在水中和3.5％氯化钠溶液中冻融试验.通过分析冻融循环次数和钢纤维体积率对钢纤维混凝土冻融后质量损失、劈裂强度损失和相对动弹性模量变化的影响,分析了冻融环境下钢纤维对混凝土的增强机理.并且用压汞法和SEM从微观上研究了钢纤维混凝土的孔径分布特征,讨论了微观结构对其抗冻性能的影响.研究表明,在冻融循环作用下掺入适量的钢纤维能够减小混凝土内部的孔隙率、增加密实度,有效阻止混凝土内部微裂缝的产生与发展,提高混凝土的抗冻性能.钢纤维掺量对混凝土抗冻性影响显著,掺量为1.5％时,钢纤维对混凝土抗冻性能改善效果最好.     

钢纤维路面混凝土路用性能研究

在分析钢纤维对混凝土增强机理的基础上,研究掺钢纤维混凝土的路用性能,试验结果表明,与普通混凝土相比,钢纤维混凝土具有优良的路用性能,技术经济性分析表明,钢纤维混凝土在路面工程中应用具有显著的社会经济效益,适合大规模推广应用。     

低温钢纤维混凝土梁抗折疲劳特性的试验研究

在国内外有关钢纤维混凝土疲劳特性研究的基础上,试验研究了低温下钢纤维混凝土梁抗折疲劳特性.试验结果表明,应力水平对低温养护钢纤维混凝土梁抗折疲劳寿命产生显著影响,低应力水平下的疲劳寿命远远高于高应力水平下的疲劳寿命.     

A study of constitutive relation and dynamic failure for SFRC in compression

This paper presents a study of constitutive relation and fracture failure of steel-fiber reinforced concrete (SFRC) subjected to compressive loading. Firstly, the characteristics of stress–strain curves for SFRC are analyzed, and appropriate constitutive relations are suggested. Subsequently, an erosion algorithm is presented for the simulation of the fracture failure of the SFRC. With the erosion criterion of maximum principal strain implemented, the failure of the SFRC specimen in split Hopkinson pressure bar (SHPB) tests is finally simulated. Numerical results show that the isotropic hardening plasticity mode and the erosion criterion are suitable for the analysis of the SFRC failure under medium strain-rate loading. In addition, the volume fraction of fibers has significant influence on SFRC fracture failure.     

早龄期钢纤维混凝土弯曲韧性试验与分析

设计并制作了不同纤维掺量（0．6％、1．2％、1．8％）的36个小梁试件,进行了不同龄期（1d、2d、3d、7d、28d）钢纤维混凝土弯曲韧性试验。利用ASTMC1018韧度指数法对试验结果进行评价。结果表明,不同龄期条件下钢纤维混凝土韧度指数变化不明显,但纤维掺量对韧度指数有较大影响,且对早龄期混凝土影响显著。随龄期增长,初裂韧性有显著提高。早龄期钢纤维混凝土弯曲韧度指数比值介于1．95-2．20之间,与理想弹塑性参数2较为接近。纤维掺量1．2％的钢纤维混凝土有良好的塑性性能。     

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。     

循环荷载作用下混凝土塑性变形试验研究

研究了循环荷载作用下普通混凝土和钢纤维含量为2.0%的混凝土圆柱形试件,在应变速率为10-5/s、10-4/s、10-3/s时的卸载点应变与累积塑性应变的关系。试验结果表明,在开始卸载点的应变值相同的情况下,钢纤维含量相同的混凝土提高应变速率会增加混凝土的累积塑性应变;在混凝土中添加适量的钢纤维能延缓混凝土在加载后期的破坏;高应变速率会加快混凝土材料的累积塑性应变增长。