混凝土受拉力学性能统一计算方法

对近20年国内进行的C10-C110强度等级的混凝土受拉力学性能的试验资料进行了重分析，结果表明，随着混凝土强度等级的提高，混凝土的轴心抗拉强度、劈拉强度、受拉弹性模量及受拉峰值应变等各力学性能指标和轴心受拉应力一应变关系曲线均具有连续变化规律．基于统计分析方法，提出了C10-C110强度等级混凝土轴心抗拉强度、劈拉强度及受拉峰值应变等力学性能指标统一计算公式和混凝土轴心受拉应力-应变全曲线计算公式，计算结果与实测结果吻合较好，对开展混凝土结构的非线性有限元分析和设计具有参考价值．     

再生混凝土轴心受拉应力-应变关系

设计了轴心受拉试验装置,考虑再生粗骨料取代率、钢纤维体积掺量和长径比等因素,对再生混凝土轴心受拉性能进行了试验研究,提出了与现行规范相衔接的轴心受拉本构方程。结果表明:再生混凝土轴心受拉的裂缝形态、断面特征等与普通混凝土存在较大差异;随着取代率增大,再生混凝土的抗拉强度呈下降趋势,受拉峰值应变略微增大;添加钢纤维之后,在一定范围内,抗拉强度随钢纤维掺量增加显著提升,但受拉峰值应变先增加后减小;钢纤维长径比的增加使得抗拉强度提升,但同时降低了受拉峰值应变。     

再生混凝土单轴力学性能指标统一计算方法

对大量再生混凝土单轴力学性能试验资料进行整理分析,基于统计分析方法,在借鉴普通混凝土力学模型的基础上,对不同取代率下再生混凝土的各种力学性能指标进行统一分析,提出了适用于不同取代率下再生混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、轴心受压峰值应变和轴心受拉峰值应变的统一计算公式,建立了再生混凝土单轴受压、受拉的应力‐应变全曲线表达式,并将公式计算结果与试验结果进行对比。结果表明：计算结果与试验结果吻合较好;提出的再生混凝土单轴力学性能指标统一计算公式精度较高。     

超轻质水泥基复合材料基本力学性能

为探究超轻质水泥基复合材料(ultra lightweight cement composite,ULCC)的基本力学性能及应力-应变曲线本构关系.以粉煤灰空心微珠为唯一轻质微集料,以水泥和硅灰为胶凝材料,以高效减水剂和减缩剂为外加剂,配制了钢纤维体积掺量为1%,表观密度介于1 250~1 550 kg/m3,轴心抗压强度介于47.9~70.0 MPa的4种不同密度等级的ULCC.对其分别进行单轴抗压和单轴抗拉试验,分别研究了ULCC的轴心抗压和轴心抗拉力学性能,测得了ULCC材料轴心抗压强度、轴心抗拉强度、弹性模量、泊松比及单轴抗压和单轴抗拉应力-应变曲线.结果表明:ULCC的抗压强度、抗拉强度和弹性模量均随密度的增加而增加; ULCC的轴心抗压强度和弹性模量与密度呈较强线性相关性.轴心抗拉试验结果表明ULCC抗拉应力-应变曲线关系呈现明显的峰后平台段,ULCC材料具有良好的拉伸变形能力.根据试验测得的ULCC单轴抗压和单轴抗拉应力-应变全曲线,建立了ULCC单轴抗压和单轴抗拉的分段式应力-应变本构方程.研究成果可为ULCC结构的设计和非线性有限元计算提供理论依据.     

钢纤维混凝土环向受拉全过程曲线试验研究

提出了研究钢纤维混凝土受拉性能的一种新的试验方法，成功地量测出钢纤维混凝土环向受拉的应力—应变全过程曲线；应用微裂缝开展理论，对钢纤维混凝土环向受拉全过程作了宏观过程和微观机理的分析；同时利用５组１０个不同纤维情况的环状试件的试验结果，对全曲线进行了数值模拟．     

钢纤维混凝土环向受拉全过程曲线试验研究

提出了研究钢纤维混凝土受拉性能的一种新的试验方法，成功地量测出钢纤维混凝土环向受拉的应力－应变全过程曲线，应用微裂缝开展理论，对钢纤维混凝土环向受拉全过程作了宏观过程和微观机理的分析，同时利用５组１０个不同纤维情况的环状试件的试验结果，对全曲线进行了数值模拟。     

钢纤维地质聚合物混凝土静态力学性能研究

通过控制粉煤灰、矿渣和钢纤维的掺量,配制了不同抗压强度的钢纤维地质聚合物混凝土试件,进行轴心抗压试验与电镜扫描(field scanning electron microscope, FSEM)微观结构分析,研究了钢纤维掺量对不同混凝土基准强度试件的应力-应变曲线、能量耗散等力学特征的影响。结果表明：钢纤维提升了普通地质聚合物混凝土的轴心抗压强度、弹性模量、峰值应变、能量耗散与延性等力学性能;FSEM试验观测到钢纤维的桥接作用及硅酸钙水合物的粘结作用改善了试件内部材料之间的粘结性能,使试件的力学性能得到了较好的提升;建立的轴心受压应力-应变本构模型与试验值整体吻合较好,为钢纤维地质聚合物的工程应用提供了一定的理论基础。     

再生混凝土轴心受拉性能试验与格构数值模拟

通过轴心受拉试验获取再生混凝土各相材料(老硬化砂浆、新硬化砂浆、界面过渡区)的力学参数,并研究再生混凝土在轴心受拉状态下的破坏机理.基于固体力学相关知识,结合再生混凝土各相材料的力学性能,建立一种再生混凝土细观格构模型.根据试验获得的再生混凝土各相材料力学参数,通过格构模型对再生混凝土进行轴心受拉模拟分析,获取再生混凝土轴心受拉应力-应变曲线,并探讨再生混凝土的内部破坏过程和轴心受拉破坏机理.结果表明,再生混凝土的受拉断裂部位主要集中在新或老硬化砂浆处,针对再生混凝土受拉力学性能,格构模型的模拟分析与轴心受拉试验结果基本吻合.     

钢纤维再生骨料混凝土单轴受拉应力应变曲线数值模拟

为了探究细观尺度中钢纤维再生混凝土的受拉性能及损伤情况,基于随机骨料模型,以级配方程计算再生骨料各粒径骨料的含量,用瓦拉文公式将三维骨料含量转换为二维平面内各粒径骨料的分布概率,在MATLAB中利用蒙特卡洛方法生成随机数,考虑边界条件以及投放互不干涉法则,得到骨料圆心坐标、半径,以及纤维坐标。采用有限元分析软件Abaqus建立钢纤维再生骨料混凝土二维模型,对不同钢纤维体积掺量,钢纤维再生骨料混凝土单轴受拉应力应变曲线进行数值模拟分析。结果表明:数值模拟钢纤维再生骨料混凝土单轴受拉应力应变曲线形状与实际试验曲线吻合程度较好,且随着钢纤维体积掺量的提高,混凝土峰值应力提高,应力应变曲线下降段陡峭程度降低,延性增强;其应力集中出现于老砂浆、界面过渡区及钢纤维处,与实际情况相符。     

混凝土单轴动态抗拉特性的试验研究

在应用过程中,混凝土结构肯定要受到动态荷载的作用,而混凝土材料的动态力学特性与静态情况下有非常大的区别.为了考察动态荷载作用下混凝土的抗拉特性,本文应用MTS试验机,对C40混凝土在应变速率为10-5/s～10-2/s范围内进行单轴动态拉伸试验,系统研究了不同应变速率下混凝土的抗拉强度、弹性模量、峰值应变等抗拉力学特性,并分析了应变速率对混凝土抗拉强度、弹性模量等的影响规律.试验结果表明:混凝土抗拉强度、弹性模量会随应变速率的增加而增加,泊松比离散性比较大,规律不明显,动态受拉应力应变曲线与静态相似.这些成果可以为混凝土的结构设计提供技术参数.     

纤维类型对混凝土抗压强度和弯曲韧性的增强效应及变异性的影响

为研究单掺钢纤维、聚丙烯纤维和纤维素纤维对混凝土抗压强度及弯曲韧性的影响,在不同体积掺量下进行了混凝土试块的抗压强度及弯曲韧性试验,并对试验结果进行了变异性分析。试验结果表明：3种纤维混凝土抗压强度较素混凝土平均提高26.7%、6.1%和11.1%;二次抗压强度保持率分别达77.0%、45.7%和58.0%;抗弯承载力最大分别提高31.6%、3.5%和14.0%;基于荷载挠度曲线、Newkumar法及弯拉应力应变曲线分别计算的弯曲韧性指数I₂₀、Newkumar指标PCS_m和韧度比R_x分别为素混凝土的4.2、3.1、2.6倍,19.9、9.8、6.9倍和4.0、3.4、2.7倍。变异性分析结果表明,掺入纤维后混凝土的抗压强度变异性小于弯曲韧性。同时,基于Newkumar法和应力应变曲线法算得的混凝土弯曲韧性指标变异系数小于荷载挠度曲线法。总体而言,钢纤维增强混凝土的抗压强度和弯曲韧性最为显著,且变异系数最小。纤维素纤维增强混凝土抗压强度及聚丙烯纤维增强混凝土弯曲韧性则相对较显著。     

Charactersitics of Stress-strain Curve of High Strength Steel Fiber Reinforced Concrete under Uniaxial Tension

A whole of 110 specimens divided into 22 groups were tested with varying the volume fraction of steel fibers and the matrix strength of these specimens. The stress-strain behaviors of four types of steel fiber reinforced concrete （SFRC） under uniaxial tension were studied experimentally. When the matrix strength and the fiber content increase, the tensile stress and tensile strain vary differently according to the fiber type. The mechanisms of reinforcing effect for different types of fiber were analyzed and the stress-strain curves of the specimens were plotted. Some experimental factors for stress or strain of SFRC were given. A tensile toughness modulus Re0.5 was introduced to evaluate the toughness characters of SFRC under uniaxial tension. Moreover, the formula of the tensile stress-strain curve of SFRC was regressed. The theoretical curve and the experimental ones fit well, which can be used for references in construction.     

大掺量粉煤灰超高性能钢纤维混凝土的静动态力学行为

研究了4种不同钢纤维掺量(体积掺量分别为0%,1.0%,1.5%,2.0%)的大掺量粉煤灰超高性能混凝土的单轴压缩强度、弹性模量、单轴抗拉强度、弯曲韧性、断裂韧性、断裂能等静态力学行为,以及高速冲击、压缩作用下的应力波传播规律、应力–应变曲线和破坏特征等动态力学行为.结果表明:掺加钢纤维的大掺量粉煤灰超高性能混凝土的轴心抗压强度、弹性模量和抗拉强度略有增大,韧性指数、残余强度、断裂韧度和断裂能成倍提高;未能增加冲击、压缩作用下的应变率效应程度,但却增大动态应力–应变曲线下的面积,提高试件破坏的应变率阈值,使混凝土存在裂而不散的破坏现象.     

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.     

钢纤维再生混凝土劈拉强度试验研究

通过钢纤维再生混凝土立方体试件的劈拉强度试验,研究了钢纤维体积分数(0.0%～2.0%)、3种钢纤维类型(MF,SF,BF)、再生粗骨料处理方式以及试件尺寸变化对再生混凝土劈拉性能的影响.结果表明:钢纤维的加入显著提高了再生混凝土的劈拉强度,当纤维体积分数超过1.5%后,钢纤维再生混凝土的劈拉强度接近甚至超过天然钢纤维混凝土;钢纤维类型对再生骨料钢纤维混凝土影响显著,钢纤维对再生混凝土和天然混凝土的增强效果比较接近,其中BF钢纤维增强效果最好;尺寸效应对钢纤维再生混凝土的影响比天然钢纤维混凝土显著;再生骨料处理方法对钢纤维再生混凝土的劈拉强度也有一定的影响;现行钢纤维混凝土劈拉强度计算公式仍适用于钢纤维再生混凝土.     

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 .     

钢筋钢纤维混凝土梁正截面抗裂计算方法

根据试验结果 ,分析了钢纤维含量特征值和钢纤维类型等因素对钢筋钢纤维混凝土梁正截面抗裂的影响规律 ,研究了钢纤维对混凝土抗拉强度的增强效应与钢纤维对梁正截面抗裂度的增强效应之间的一致性关系 .提出了钢筋钢纤维混凝土梁正截面抗裂计算的方法     

钢纤维混凝土强度和环境条件

依据试验数据分析了环境条件及龄期对钢纤维混凝土抗压强度的影响,结果表明龄期对钢纤维混凝土强度的影响,与普通混凝土一致;环境条件通过影响基体的界面结构以及基体和钢纤维的粘结,从而影响钢纤维混凝土的抗压强度.并就成熟度与钢纤维混凝土强度之间的关系进行了初步的探索,建立了相应的经验公式.     

钢纤维高强混凝土及其在框架节点中的应用分析

介绍了钢纤维高强混凝土的特点以及在框架节点中的应用,制作了1个高强混凝土和1个钢纤维高强混凝土框架中节点试件,研究其在低周反复荷载作用下的变形、强度和刚度退化、延性和耗能能力。结果表明：与普通混凝土节点相比,钢纤维混凝土节点的开裂荷载较高、承载能力和变形能力良好、滞回曲线更为饱满、延性和耗能指标也较高,有利于结构抗震,对于解决节点区箍筋过密有显著作用,指出了钢纤维高强混凝土具有广阔的应用前景。     

冻融后钢纤维混凝土力学性能的试验研究

通过钢纤维混凝土冻融循环试验,分析了冻融循环次数、混凝土强度等级、钢纤维体积率等因素对钢纤维混凝土冻融后抗压强度、劈拉强度、抗折强度的影响,探讨了钢纤维对混凝土的增强机理.试验结果表明,钢纤维的加入对冻融循环后混凝土的抗压强度影响较小;当冻融循环次数较少时,钢纤维对劈拉强度和抗折强度的增加作用比较明显,而当冻融次数较大且钢纤维体积率较高(2%)时,钢纤维对混凝土的劈拉强度和抗折强度反而具有一定的负面影响;钢纤维混凝土强度等级的提高对改善钢纤维混凝土的抗冻性能较为有效.