钢纤维对玄武岩纤维编织网增强混凝土板双向弯曲性能的影响

为了研究钢纤维对玄武岩纤维网格布增强混凝土方板双向受弯性能的影响,借鉴欧洲EFNARC标准,利用四边简支方板试验,分别对素混凝土方板、玄武岩纤维网格布增强混凝土方板、钢纤维增强混凝土方板及钢纤维与玄武岩纤维网格布混杂增强混凝土方板的弯曲性能进行研究,同时与传统钢筋网混凝土方板的弯曲性能进行对比,分析了网格布对混凝土方板的双向增强效果,探讨了钢纤维与玄武岩纤维网格布混杂使用代替传统钢筋网的可行性。结果表明:玄武岩纤维网格布可以改善方板的内力重分布,显著提高其承载力,但是破坏时脆性特征明显;钢纤维与玄武岩纤维网格布混杂使用表现出显著的正混杂效应,方板的韧性明显提高;在正常使用极限状态下,30 kg/m3的钢纤维与玄武岩纤维网格布混杂方板的弯曲性能高于传统钢筋网混凝土方板,说明钢纤维与玄武岩纤维编织网混杂使用可以代替传统钢筋网。      

应力状态下离心成型钢纤维混凝土耐硫酸腐蚀研究

对1组未受侵蚀和4组不同初始拉应力状态下经受侵蚀后的离心成型钢纤维混凝土环形截面试件进行了侧压力学试验,对经受侵蚀后的试件进行了化学分析研究.结果表明硫酸的腐蚀降低了构件的极限荷载和极限变形,降低了钢纤维混凝土的弹性模量,初始拉应力的增加使腐蚀破坏进一步加剧,受拉区的硫酸根含量和中性化深度随之增加.根据试验结果分析,推导了应力状态下离心成型钢纤维混凝土中性化深度与硫酸根含量的数学预测模型.     

码头面层纤维混凝土的抗冲击性能与增韧机理

在C30素水泥混凝土中分别添加聚丙烯纤维、尼龙纤维、钢纤维配制纤维混凝土,进行抗弯曲冲击试验。以初裂次数、终裂次数、冲击韧性评价混凝土抗冲击性能的优劣。试验结果表明:添加钢纤维、聚丙烯纤维、尼龙纤维混凝土的冲击韧性分别是素混凝土冲击韧性的15.1倍、3.4倍、2.7倍。结合冲击破坏断裂特征,分析了纤维混凝土承受冲击载荷作用的几种能量吸收机制,对增韧机理进行了分析。钢纤维、聚丙烯纤维、尼龙纤维混凝土,纤维拔出功消耗能量分别是纤维断裂功消耗能量的25倍、1.72倍、0.93倍。纤维的滑移、拔出、断裂是聚丙烯纤维、尼龙纤维混凝土提高抗冲击性能的主要因素,钢纤维混凝土的抗冲击能力提高幅度最大除了纤维的滑移、拔出因素外,还归功于钢纤维对裂纹面的桥接作用。     

纤维混凝土抗冻性能研究

为研究冻融循环条件下纤维混凝土抗冻性能,采取快速冻融试验对不同掺加方式下钢纤维、聚丙烯纤维混凝土性能进行研究。并通过SEM分析了其微观结构。试验结果表明,在纤维掺量固定时,不同纤维掺加方式的混凝土性能有显著不同。随冻融循环次数的增加,其质量损失、动弹性模量、抗压、抗折强度都有显著不同变化,混杂纤维混凝土性能较单一纤维混凝土好,层布式纤维混凝土性能较整体式纤维混凝土好。     

纤维对开裂后混凝土渗透性及裂缝恢复的影响

通过劈裂试验和渗透试验,研究了结构型钢纤维、聚丙烯粗纤维和聚丙烯细纤维对开裂后混凝土的裂缝恢复率、劈裂韧性和渗透系数的影响。研究结果表明:钢纤维和聚丙烯粗纤维的掺入可限制裂缝扩展,使混凝土由脆性破坏转为韧性破坏,提高开裂混凝土在卸载后裂缝的恢复作用,显著减小开裂后混凝土的渗透系数。钢纤维掺量越高,裂缝恢复和渗透性降低越明显,钢纤维掺量由25kg/m~3增加至55kg/m3时,渗透系数减小了87%。钢纤维和聚丙烯粗纤维的掺入具有较好的正混杂效应,当裂缝宽度为150μm时卸载,单掺25kg/m~3钢纤维和4kg/m~3聚丙烯粗纤维与单掺35kg/m~3钢纤维相比,渗透系数减小了60%。而聚丙烯细纤维对开裂混凝土的裂缝恢复和渗透性影响较小。     

钢纤维和微纤维混合增强混凝土的制备和性能研究

采用钢纤维分别与玄武岩微纤维、聚乙烯醇微纤维、玻璃微纤维混合制备增强混凝土,研究了钢纤维和微纤维混合对混凝土试样的密度、抗压强度、单轴抗拉性能的影响,并分析了混凝土断裂失效机理。结果表明,微纤维的种类不会影响混凝土材料硬化密度。微纤维的长度可以影响混凝土的抗压强度,经过28 d抗压强度测试,发现掺杂玄武岩微纤维、聚乙烯醇微纤维的混凝土抗压强度较基准钢纤维混凝土分别提高了15.4%和14.6%;而掺杂玻璃微纤维的混凝土抗压强度较基准钢纤维混凝土则降低了2.1%。微纤维材料自身的抗拉强度可影响增强混凝土的抗拉性能,掺杂玄武岩微纤维、聚乙烯醇微纤维的混凝土抗拉强度和极限拉伸应变均提高了,而掺杂玻璃微纤维的混凝土却降低了。相比聚乙烯醇微纤维和玻璃微纤维,玄武岩微纤维与钢纤维混合增强混凝土的综合性能最优,其断裂过程中,钢纤维失效方式为纤维拔出,玄武岩微纤维失效方式为纤维断裂。     

钢纤维混凝土爆炸成型特性实验研究

采用封闭爆炸的方法研究了不同钢纤维含量的混凝土爆压成型的空腔大小与钢纤维分布的特征.结果表明,空腔大小与钢纤维的含量有关;钢纤维的方向发生变化,变化的幅度取决于与装药的距离及钢纤维的含量.钢纤维混凝土作为同步爆炸成型地下空间的衬砌材料是可行的.     

弯曲荷载与酸雨侵蚀共同作用下钢纤维混凝土的耐久性能

利用拉杆加载系统对钢纤维混凝土试件施加弯曲荷载,开展弯曲荷载作用下钢纤维混凝土的酸雨干湿循环试验,研究钢纤维掺量以及应力状态、应力水平对钢纤维混凝土酸雨侵蚀作用下中性化深度的影响规律。结果显示:弯曲拉应力加速了混凝土的中性化速度,一定水平下的弯曲压应力对于混凝土的中性化起到了抑制作用。钢纤维混凝土在承受弯曲荷载作用下的中性化弯曲应力影响系数与应力水平之间的关系符合二次多项式。钢纤维能够降低弯曲拉应力对基体混凝土酸雨侵蚀速度的影响,在本实验所选用的几种掺量中,当钢纤维掺量为1.5%时,这种降低效果最明显。但是钢纤维对弯曲压应力引起的混凝土酸雨侵蚀中性化深度变化无显著影响。     

单向受拉状态下的钢纤维混凝土本构模型

在混凝土中添加随机分布的钢纤维能有效提高混凝土力学性能。为了更好地考虑纤维对单向受拉状态下钢纤维混凝土(SFRC)的增强作用,提出一个钢纤维混凝土的弥散开裂本构模型。在弹性阶段,纤维混凝土被视为简单复合材料,基于两相复合材料理论,对SFRC的弹性刚度矩阵进行修正;在受拉开裂后,混凝土的塑性变形量被视为纤维与混凝土界面脱粘过程中滑移量,利用粘结滑移模型计算纤维在混凝土开裂面上的桥接作用。该文通过有限元软件ABAQUS中子程序二次开发接口Umat,进行Fortran编程,在ABAQUS中实现该本构模型。通过数值模拟结果与受拉实验数据进行对比,验证了该本构模型的准确性。通过数值模拟分析,进一步探究钢纤维混凝土相关参数对抗拉性能的影响,为钢纤维混凝土在实际的工程中的应用提供建议。     

钢纤维混凝土厚承台承载力影响因素分析

在完成30个缩尺模型为1∶5的二桩混凝土和钢纤维混凝土承台试件的试验研究中，通过改变混凝土强度、钢纤维体积率、承台有效厚度、配筋量及配筋方式，观察和记录了不同条件下桩承台裂缝的开展与分布，承台底部中点挠度、侧边混凝土应变和底部受拉钢筋应变，并系统地分析了影响钢纤维混凝土二桩厚承台极限承载力的主要因素。分析结果为进一步研究钢纤维混凝土二桩承台的抗冲切、抗剪及配筋计算提供了试验基础，并为《钢纤维混凝土结构技术规程》的修订提供了背景材料。     

BFRP筋钢纤维高强混凝土梁受弯承载力试验与理论

通过11根玄武岩纤维增强聚合物复合材料（BFRP）筋钢纤维高强混凝土梁的受弯性能试验,研究了钢纤维混凝土层厚度、钢纤维体积分数和BFRP筋配筋率对BFRP筋钢纤维高强混凝土梁受弯破坏形态及其承载力的影响。结果表明,BFRP筋钢纤维高强混凝土梁的破坏模式可分为受压破坏、受拉破坏和平衡破坏3种;钢纤维混凝土层厚度和钢纤维体积分数的变化对于BFRP筋钢纤维高强混凝土梁受弯承载力具有一定程度的影响,当BFRP筋配筋率为0.77%时,掺加体积分数为1.0%钢纤维的梁受弯承载力较无钢纤维梁提高了22.7%,在受拉区0.57倍截面高度内掺加1.0vol%钢纤维的梁受弯承载力达到全截面钢纤维混凝土梁受弯承载力的86.7%;增大BFRP筋配筋量可显著提高BFRP筋钢纤维高强混凝土梁的受弯承载力,BFRP筋配筋率为1.65%的试验梁受弯承载力较配筋率为0.56%的试验梁提高了39.4%。针对不同的破坏模式,提出了BFRP筋钢纤维高强混凝土梁受弯承载力和平衡配筋率的计算方法,并结合安全配筋率的概念对试验梁的破坏模式进行了预测,试验结果与分析结果吻合良好。     

钢纤维超高强混凝土动态力学性能

采用分离式霍普金森压杆装置对不同纤维体积率的钢纤维超高强混凝土进行不同应变率的冲击压缩试验,结果表明钢纤维超高强混凝土是应变率敏感材料,并测出其应变率敏感阀值,当应变率超过阀值后,钢纤维超高强混凝土的强度、韧度与弹性模量都随纤维体积率的增加而显著提高,在高应变率下,超高强混凝土基体成粉碎性破坏,而钢纤维超高强混凝土呈现出“裂而不散”的破坏形态。     

Shear Strength Evaluation of Concrete Beams Reinforced with BFRP Bars and Steel fibers without Stirrups

This paper presents experimental and analytical investigations on concrete beams reinforced with basalt fiber reinforced polymer (BFRP) and steel fibers without stirrups. Independent behaviour of BFRP reinforced beams and steel fiber reinforced beams were evaluated and the effect of combining BFRP bars and steel fiber was investigated in detail. It is found that combining steel fibers with BFRP could change the shear failure of BFRP reinforced beam to flexural failure. Further, the existing analytical models were reviewed and compared to predict the shear strength of both FRP reinforced and steel fiber reinforced beams. Based on the review, the appropriate model was chosen and modified to predict the shear strength of BFRP reinforced beam along with steel fibers.     

钢管钢纤维高强混凝土抗冲击压缩性能的试验研究与数值模拟

遮弹层的建成及优化对防护工程的发展尤为重要。钢管钢纤维高强混凝土蜂窝遮弹层是一种具有高强抗力的新型遮弹层,文章对其组成构件钢管钢纤维高强混凝土进行霍普金森压杆(SHPB)动态力学性能试验,并借助动力有限元分析软件LSDYNA进行数值模拟。冲击压缩试验中,试件的钢纤维掺量分别为0%、0.5%、1.0%、1.5%,钢管壁厚分别为2mm、3mm。结果表明钢管钢纤维高强混凝土具有应变率强化效应,应变率越高,试件的动态抗压强度越大。当气压为1.0 MPa时,壁厚3mm、钢纤维掺量1.5%的试件强度达258.3 MPa。与钢纤维高强混凝土相比,钢管钢纤维高强混凝土的抗冲击压缩性能更好,动态抗压强度最大增幅达35.4%,且具备承受多次冲击压缩作用的能力。数值模拟与试验结果吻合度高,表明数值模拟方法具有可行性。     

Pickett effect and creep in flexure of steel‐fiber reinforced concrete

Abstract

Creep and shrinkage are of great concern in the design of steel fiber reinforced concrete structures. This is especially true for a prestressed flex‐ural member with thin section. The test results of creep of steel‐fiber rein‐foced concrete in flexure are presented. The concrete beams made with various fiber volume contents were tested in flexure under drying or standard moist conditions. The Pickett effect in steel‐fiber reinforced concrete was investigated. This research shows that fibers can effectively restrain the bending creep of concrete. The Pickett effect can be reduced with the addition of fibers to plain concrete beam subjected to fiexural loading.     

Mechanical reinforcement of concrete with bi-component fibers

For some applications the reinforcement of concrete with fibers is an economical alternative to conventional steel bar reinforcement. Steel fibers have been the first choice for many years because of their high tensile strength and high elastic modulus. Low modulus fibers, such as polyolefin based fibers generally are thought to be less suitable for this purpose.However, it is shown that polyolefin fibers with sufficient tensile strength can, applying a novel bi-component approach, successfully enhance the mechanical properties of concrete. The effect of the introduction of nanoparticles into the fiber polymers and of a fiber surface structuring on the fiber pull-out characteristics and the fiber–matrix bond strength is presented.The performance of bi-component fiber reinforced concrete is studied in 4-point bending and square slab tests. Ductile post-peak behavior of such fiber reinforced concrete is achieved, making this new fiber technology interesting for applications in pre-cast elements, industrial floors and earth quake protecting systems.     

Development of a composite boring bar

A composite boring bar, whose stability against chattering is superior to not only conventional steel bars but also cemented carbide bars, has recently been developed. The main material of this composite bar is pitch-based carbon fiber reinforced plastic. Carbon fibers aligned unidirectionally in the longitudinal direction of the bars give high bending stiffness. Four types of bar having different shaped steel cores were designed by FEM analysis and produced for actual testing. A bar having a cross-shaped steel core shows the best cutting capability and stability amongst all bars designed. This bar can be used when the length (L) and diameter (D) ratio L/D is 7 or even at severe conditions while a cemented carbide bar cannot control the chatter vibration even if the L/D is less than 6. Emphasis should be placed on the fact that the cross-shaped steel core can increase the bending stiffness of the bar in both tangential and radial directions by constraining the shear deformation of the fiber layers without sacrificing the increase of resonant frequencies.