钢纤维高强混凝土断裂能及裂缝张开位移

通过对钢纤维高强混凝土和高强混凝土试件的楔劈拉伸试验,探讨了钢纤维体积率(ψf)和切口相对深度对钢纤维高强混凝土断裂能(GfF)和临界裂缝张开位移(δc)的影响.结果表明:随着ψf的增加,GfF、临界裂缝嘴张开位移(δfmc)、临界裂缝尖端张开位移δftc均线性增加,钢纤维高强混凝土断裂能增益比、临界裂缝嘴张开位移和临界裂缝尖端张开位移的增益比亦基本呈线性增加.随着切口深度的增加,GfF和高强混凝土断裂能GF都有不同程度的减小.相对于高强混凝土,切口深度变化对GfF的影响较小.在试验的基础上,提出了GfF和Qfmc的计算公式.     

聚丙烯纤维高强混凝土的断裂性能

通过楔劈拉伸试验,探讨了聚丙烯纤维掺量对聚丙烯纤维高强混凝土断裂韧度(KpIC)、断裂能(GpF)和临界裂缝嘴张开位移(δpmc)的影响.结果表明:在聚丙烯纤维掺量为0.6～1.5 kg/m3时,聚丙烯纤维对KpIC基本没有影响,但可以提高GpF和δpmc;随着聚丙烯纤维掺量的增加,KpIC和断裂韧度增益比没有显著变化,GpF和断裂能增益比均有不同程度的提高,δpmc有减小的趋势,临界裂缝嘴张开位移增益比没有明显的变化规律性.聚丙烯纤维主要改善高强混凝土的裂后行为.在试验的基础上,建立了KpIC,GpF,δpmc的计算关系式.     

钢纤维高强混凝土断裂韧度及影响因素

通过钢纤维高强混凝土切口梁三点弯曲试验,探讨了相对切口深度（a0/h）、粗骨料最大粒径（dmax）、水灰比（W/C）和钢纤维体积率（ρf）等因素对钢纤维高强混凝土断裂韧度（KfIC）和断裂韧度增益比（KfIC/KIC）的影响。结果表明：ρf一定时,KfIC随a0/h的增加逐渐减小,随dmax的增加呈增大趋势,随W/C的减小逐渐增加;a0/h一定时,KfIC随ρf的增加逐渐增大;钢纤维能够显著提高高强混凝土断裂韧度,KfIC/KIC大于1;影响因素不同,KfIC/KIC变化趋势不同。在分析试验结果的基础上,建立了钢纤维高强混凝土断裂韧度计算模式。     

考虑尺寸及纤维掺量影响的高强混凝土断裂能试验研究

在断裂能测试分析中,试件尺寸及钢纤维含量同时影响混凝土测试断裂能.为研究不同钢纤维掺量及试件尺寸对高强混凝土断裂能的影响,制备了105根不同钢纤维体积掺量(0％、2％、3％)和缝高比(0.05,0.1,0.15,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7)的几何相似单边切口梁试件.采用三分点加载试验方法,得到了不同开口裂缝深度、试件尺寸大小和钢纤维掺量对高强混凝土断裂能的影响规律.试验结果表明:钢纤维掺量能显著影响高强混凝土断裂能,但随着钢纤维掺量的增加,断裂能增长速度减缓;钢纤维高强混凝土测试断裂能Gf随初始裂缝长度的增加呈线性递减,随试件尺寸的增加呈线性递增,表现出明显的尺寸相关性;钢纤维的掺入可削弱试件缝高比变化对测试断裂能的影响,显著提高混凝土的韧性;基于边界影响模型,揭示了初始裂缝长度、试件尺寸对测试断裂能Gf产生的影响可归结为试件边界对断裂性过程区的影响.     

定向钢纤维水泥基材料Ⅰ-Ⅱ复合型断裂性能研究

通过不同预制裂缝位置的三点弯曲梁断裂试验,研究了定向及普通乱向钢纤维水泥基材料Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的断裂特性.利用试验测得的荷载-裂缝口张开位移曲线以及荷载-挠度曲线,分析了钢纤维水泥基材料复合型裂缝扩展的全过程.结果表明,定向钢纤维水泥基复合材料的断裂性能明显优于普通乱向钢纤维水泥基复合材料;在本试验裂缝偏移距离范围内(0～100 nm),随着预制裂缝偏移距离的增加,起裂角、起裂荷载、峰值荷载逐渐增大,而断裂能逐渐降低;随着起裂角的增加,定向钢纤维水泥基材料的增强效果有所降低,当起裂角达到33°～43°,降低幅度较为明显.     

钢纤维高强混凝土弯曲韧性的研究

通过高强混凝土和钢纤维高强混凝土小梁的弯曲韧性实验,研究了钢纤维体积率和钢纤维类型对钢纤维高强混凝土弯曲韧性及其弯曲韧度指标的影响。根据实验得到的荷载-挠度曲线,按照我国现行的CECS13：89钢纤维混凝土实验方法计算了弯曲韧度指数和承载能力变化系数,其计算值随着钢纤维体积率的增大而增大,且大于与初裂点相对应的理想弹塑性材料的相应值。实验表明：以理想弹塑性体的承载能力变化系数为基准来评定钢纤维高强混凝土的弯曲韧性是否合适还有待于进一步的研究。     

钢纤维高强混凝土的抗剪强度

通过68个100mm×100mm×400mm,102个150mm×150mm×150mm高强混凝土和钢纤维高强混凝土试件的直接双面剪切实验、立方体抗压实验和劈裂抗拉实验,分析了钢纤维体积率、钢纤维类型对剪压强度比及剪拉强度比的影响,探讨了高强混凝土及钢纤维高强混凝土抗剪强度与抗压强度、劈拉强度的关系。研究表明:随钢纤维体积率的增大,剪压强度比呈上升趋势,剪拉强度比呈下降趋势。随抗压强度的提高,钢纤维高强混凝土抗剪强度的提高幅度大于高强混凝土的。通过对实验结果的统计分析,提出钢纤维高强混凝土抗剪强度与抗压强度、劈拉强度的关系式,得到不同类型钢纤维对高强混凝土抗剪强度和初裂抗剪强度的增强系数,建议了钢纤维高强混凝土抗剪强度的计算公式,供设计与施工参考。     

基于ESPI技术的混凝土单轴拉伸断裂特性研究

为了研究混凝土的拉伸断裂特性,对带有预制切口的C80高强混凝土棱柱体进行单轴拉伸试验,采用电子散斑干涉(ESPI)技术测量棱柱体表面的场位移等信息,分析加载过程得到混凝土的断裂参数以及断裂特性等。为进行对比分析,本次试验还采用线性位移计和夹式位移计测量试件的变形程度。对比结果表明ESPI技术的测量结果与夹式位移计结果吻合较好,证实了ESPI技术用于测量混凝土表面位移场的精确性和可行性。分析得到:初裂点应力约为峰值应力的82%;峰值下裂缝口张开位移(CMOD)为11 μm,结合公式得到混凝土在单轴拉伸下的断裂韧度约为0.41 MPa·m^1/2,断裂能约为24.71 N/m;利用两种拟合公式对试验应力-应变关系进行拟合,得到了较好的拟合结果。最后,通过不同加载步骤下ESPI技术测得的位移云图分析裂缝口张开位移随试件宽度的变化规律,得到了单轴拉伸下的裂纹扩展规律。     

玄武岩纤维混凝土早期裂缝试验研究

为了研究玄武岩纤维混凝土早期开裂性能,对不同长度纤维和不同体积掺量的玄武岩纤维混凝土进行试验,结果显示:玄武岩纤维混凝土相对于普通混凝土裂缝降低明显,玄武岩纤维混凝土早期收缩裂缝随纤维长度增加先减小后缓慢增加,最佳阻裂纤维长度为18 mm,早期收缩可见裂缝随纤维体积掺量的增加而减小,当体积掺量到0.2%时可见裂缝基本消失.随着混凝土强度提高纤维混凝土的抗裂指标逐渐降低,裂缝更加短小.     

聚乙烯醇纤维混凝土动态断裂过程试验研究

为探究纤维体积掺量对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)断裂过程的影响,基于50 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对不同纤维体积掺量(0%、0.75%、1.50%、2.25%、3.00%)的PVA-ECC中心切槽半圆盘弯曲(NSCB)试件进行冲击试验,同时结合超高速数字图像(DIC)相关试验系统对PVA-ECC材料的动态断裂过程进行试验研究,得到了预制裂纹尖端张开位移的变化规律以及各组试件的临界裂缝尖端张开位移(CTOD_C)。结果表明,当不添加PVA纤维或添加较少(小于1.50%)时,裂尖宏观裂纹基本出现在裂尖荷载的峰值时刻处,而随着PVA纤维掺量的增加,裂尖宏观裂纹的出现显著早于裂尖荷载的峰值时刻,并且纤维体积掺量越大,裂尖宏观裂纹出现得越早,裂纹扩展至完全断裂的时间也显著增加。添加聚乙烯醇纤维可以显著提高混凝土试件的CTOD_C值,提高试件的阻裂能力,相同冲击荷载下,体积掺量为2.25%的聚乙烯醇纤维试件具有较大的CTOD_C值。     

Fracture characteristics of concrete at early ages

The purpose of this study is to experimentally investigate, at early ages, the fracture characteristics of concrete such as critical crack tip opening displacement, critical stress intensity factor, fracture energy, and bilinear softening curve based on the concepts of the effective-elastic crack model and the cohesive crack model.A wedge-splitting test for Mode I was performed on cubical specimens with an initial notch at the edge. By taking various strengths and ages, load-crack mouth opening displacement (CMOD) curves were obtained and these curves were evaluated by linear elastic fracture mechanics and finite element analysis.The results from the test and analysis indicate that critical crack tip opening displacement decreases and critical stress intensity factor and fracture energy increase with concrete ages from Day 1 to Day 28. By numerical analysis, four parameters of bilinear softening curves from Day 1 to Day 28 were obtained. In addition, it was observed that the parameters f_t and f₁ increase and the parameters w₁ and w_c decrease with increasing age. The obtained fracture parameters and bilinear softening curves at early ages may be used as a fracture criterion and an input data for finite element analysis of concrete at early ages.     

FRP筋异强混凝土叠浇梁挠度与延性研究

为提高纤维增强聚合物(FRP)筋异强混凝土叠浇梁的抗弯性能与延性,研究了钢纤维掺量、钢纤维混凝土叠浇层厚度对FRP筋异强混凝土叠浇梁的影响。以钢纤维体积掺量(0%、0.5%、1.0%、1.5%)与钢纤维混凝土叠浇层厚度(0 mm、180 mm、210 mm、300 mm)为变量,对6根FRP筋异强混凝土叠浇梁进行三分点弯曲试验,并对试验梁的破坏过程、破坏形态、裂缝宽度以及跨中挠度进行分析。研究结果表明：钢纤维的掺入改善了FRP筋异强混凝土叠浇梁的受力性能,使其由脆性破坏向延性破坏发展;随着钢纤维掺量、钢纤维混凝土叠浇层厚度的增加,FRP筋异强混凝土叠浇梁的极限承载力提高了9%～33%,抗弯性能提升了4%～21%,延性提升了22%～89%。基于试验与理论分析,建立了钢纤维作用下的FRP筋异强混凝土叠浇梁挠度计算公式与延性评价方法。     

Experimental and theoretical investigation on the postcracking inelastic behavior of synthetic fiber reinforced concrete beams

A realistic method of analysis for the postcracking behavior of newly developed structural synthetic fiber reinforced concrete beams is proposed. In order to predict the postcracking behavior, pullout behavior of single fiber is identified by tests and employed in the model in addition to the realistic stress-strain behavior of concrete in compression and tension. A probabilistic approach is used to calculate the effective number of fibers across the crack faces and to calculate the probability of nonpullout failure of fibers. The proposed theory is compared with test data and shows good agreement. The proposed theory can be efficiently used to predict the load-deflection behavior, moment-curvature relation, load-crack mouth opening displacement (CMOD) relation of synthetic fiber reinforced concrete beams.     

短切玻纤增强尼龙6的缺口拉伸性能

研究了短切玻纤增强尼龙6（PA6／SGF）的缺口拉伸性能。结果表明,在实验速度范围（0．1～500mm／min）内,PA6／SGF的拉伸断裂功主要消耗在裂纹萌生过程。一旦裂纹源尺寸达到临界值,裂纹瞬间扩展。拉伸位移随着拉伸速度的增加而降低,最大力值随着拉伸速度的增加先提高后降低。当拉伸速度达到300mm／min后,最大力值和拉伸位移急剧下降导致拉伸断裂功大幅度下降。PA6／SGF的缺口拉伸断面主要分为裂纹萌生区及裂纹扩展区,基体的塑性变形主要集中在裂纹萌生区,剧烈的塑性变形可使基体上出现明显的孔洞。在裂纹扩展区,裂纹的快速扩展导致基体断面平坦,且由于SGF的阻碍作用,基体具有断裂分层现象。     

碳纤维复合材料加固形式对棱柱体应力应变的影响

为了进一步研究碳纤维加固技术对棱柱体本构关系的影响,利用碳纤维增强复合材料(CFRP)以0、100、200 mm等不同加固间距对素混凝土棱柱体加固后进行轴压,以荷载、位移、环向应变和竖向应变等参数为判定依据,结果表明:未加固的素混凝土柱脚发生脆性破坏;CFRP加固间距为0的包裹试件被压碎,CFRP发生断裂;加固间距分别为100、200 mm时,非加固区混凝土出现比较分散的裂缝;CFRP能够有效约束加固柱的环向应变,且破坏时试件有一定的延性;CFRP加固间距为0的试件能够约束竖向位移,但只要有加固间距,竖向应变就不会发生太大变化。     

泡沫铝-钢纤维混凝土静态压缩性能试验研究

为研究静态荷载作用下的泡沫铝-钢纤维混凝土复合结构抗压性能,利用万能试验机分别对泡沫铝孔径为3~6 mm、6~9 mm、9~12 mm,钢纤维掺量(体积分数)为0%、0.5%、1.0%、1.5%的泡沫铝-钢纤维混凝土复合层试件进行压缩性能试验和拌合物性能分析,根据试验数据分析泡沫铝的孔径效应对泡沫铝-钢纤维混凝土复合结构压缩性能的影响规律。结果表明:钢纤维混凝土立方体抗压强度随着钢纤维掺量的增加逐渐增大,当钢纤维掺量为1.5%时,与素混凝土相比,其立方体抗压强度约提高22.6%;泡沫铝-钢纤维混凝土复合结构抗压强度相比较钢纤维混凝土提高约5.3%~8.2%,并且泡沫铝-钢纤维混凝土复合结构的静态压缩应力-应变曲线上会出现一段平台区,且平台区会随着泡沫铝孔径的增加而逐渐变长。