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。     

混杂纤维混凝土冲击压缩性能SHPB试验研究

采用φ74 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,分别对钢-聚丙烯混杂纤维混凝土及钢纤维混凝土材料进行了冲击压缩性能试验,得到了4个不同应变率下的应力-应变曲线.根据试验结果,从破坏强度、峰值应变等方面分析了混杂纤维混凝土的应变率效应,并比较了相同钢纤维掺量下,混杂纤维混凝土与钢纤维混凝土的动态抗压性能.试验表明混杂...     

新型混凝土配合比设计及强度分析

研究钢纤维种类、钢纤维体积率、钢纤维长径比及聚丙烯体积率对混杂纤维混凝土强度和韧性的影响。根据18组混杂纤维混凝土和1组普通高性能混凝土抗压强度和劈拉强度试验结果,采用多元统计分析方法直观分析法比较了各因素对混杂纤维混凝土强度和韧性的影响程度。结果表明:聚丙烯体积率对抗压强度、抗拉强度、拉压比影响最大,钢纤维外形、钢纤维体积率次之,钢纤维长径比影响最小。研究表明加入适量的钢纤维和聚丙烯纤维可提高混杂纤维混凝土的强度和韧性。     

钢纤维混凝土三轴压缩下的强度和韧度特性

当围压分别为10,20,40,80MPa时,对纤维体积分数φf为0%,0.75%,1.50%,3.00%的钢纤维混凝土进行了3×10-5,5×10-4 s-1两种应变率的常规三轴压缩试验,测出了全过程应力-应变曲线,并据此分析了纤维体积分数、围压和应变率对试验曲线的峰值应力、峰值应变及材料韧度等力学指标的影响规律.结果表明:当围压相同而φf不同时,随着φf的提高,材料的峰值应力和峰值应变均明显提高,其韧度也有所提高;当围压不同而φf相同时,随着围压的增加,材料的强度和韧度都有所提高.而且,在较低围压下往素混凝土里添加钢纤维更能够发挥其增强和增韧效果;随着加载应变率的增加,材料的峰值应力、峰值应变也有一定的增大趋势.     

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。     

钢纤维高强混凝土在单调和重复荷载作用下轴压应力-应变曲线试验研究

将钢纤维掺入高强混凝土中,可以改善高强混凝土的脆性,进而可提高结构构件的延性。为研究钢纤维高强混凝土抗压性能,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立方体抗压强度试验以及单调和重复荷载作用下的轴心抗压全过程试验。试验结果表明：随着钢纤维体积率的增大,混凝土强度基本没有改变,但相应于峰值应力的应变略有增加,而弹性模量稍有下降。在已有研究的基础上,提出了适用的钢纤维高强混凝土轴压应力-应变曲线数学表达式和受重复荷载作用的钢纤维高强混凝土的卸载曲线和再加载曲线表达式。所提出计算式得到的结果与试验结果吻合较好,可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。     

高温中纤维纳米混凝土单轴受压应力-应变关系

通过纤维纳米混凝土棱柱体试件在25～800℃高温中的单轴受压试验,研究了温度、钢纤维体积率、纳米二氧化硅和纳米碳酸钙掺量对纤维纳米混凝土高温中轴压性能的影响。结果表明,随温度升高,纤维纳米混凝土峰值应力和初始弹性模量显著降低,峰值应变明显增大;随钢纤维体积率增大,高温中纤维纳米混凝土峰值应力和峰值应变不断提高,初始弹性模量有所下降;随纳米材料掺量增加,高温中纤维纳米混凝土峰值应力、峰值应变和初始弹性模量均呈增大的趋势,纳米二氧化硅的效果好于纳米碳酸钙。在分析试验结果的基础上,提出了考虑温度、纤维和纳米材料影响的高温中纤维纳米混凝土峰值应力、峰值应变和初始弹性模量的计算公式以及高温中纤维纳米混凝土单轴受压应力-应变关系式。     

钢纤维混凝土与聚丙烯纤维混凝土材料冲击荷载下纤维增韧特性试验研究

对两种纤维混凝土材料纤维增韧及耗能机理进行了探讨,并采用变截面大尺寸Hopkinson压杆,对钢纤维混凝土、素 混凝土和五种纤维含量的聚丙烯纤维混凝土试件进行了三种应变率范围的冲击压缩试验,文中给出了不同材料试件的破 坏特征及试验测试结果。并以应力-应变全程曲线所围面积作为韧性指标,对两种纤维混凝土在冲击荷载下增韧特性进 行了对比分析。研究表明,五种含量的聚丙烯纤维混凝土中,含量0.9～1.5kg／m3的三组混凝土韧性较高,其中含量 1.5kg／m3的聚丙烯纤维混凝土韧性值最大;与素混凝土相比,两种纤维混凝土韧性均有所提高,在达到应力峰值后的变 形阶段得以体现,在0～0.020应变范围内,钢纤维混凝土、含量1.5kg／m3的聚丙烯纤维混凝土韧性指标比素混凝土分别 提高了37.7％和18.9％。