结合均匀化理论对钢纤维混凝土梁的疲劳性能分析

钢纤维混凝土(SFRC)在工程中应用日益广泛,为了探究其疲劳破坏现象内在机理,本文结合Mori-Tanaka均匀化理论预测了不同体积掺量下钢纤维混凝土的弹性模量,并以此为基础建立钢纤维混凝土梁四点弯曲有限元模型,采用Miner疲劳损伤准则,分别进行了静力抗弯试验和疲劳试验的数值模拟。模拟结果与相关试验结果拟合较好,验证了模型的可靠性。利用疲劳分析软件,预测了钢纤维混凝土梁的疲劳寿命和疲劳强度,分析了纤维掺量、尺寸效应和纤维长度对疲劳寿命的影响。结果表明:钢纤维可以大幅提高混凝土梁的疲劳寿命,应力水平越低、纤维掺量越大,增幅越大;尺寸效应对疲劳强度和疲劳寿命有一定影响,但随着构件尺寸增加对疲劳性能影响减小;纤维长度越长,梁的抗疲劳性能越好。     

大掺量矿物掺合料纤维增强轻骨料混凝土的抗疲劳性能

为研究纤维增强轻骨料混凝土抗疲劳性能，开展了恒应力循环压缩试验，对疲劳应力-应变响应进行了研究。试验采用质量分数为20%的粉煤灰和50%的粒化高炉矿渣部分替代水泥，变量为单掺或混掺不同掺量的钢纤维和聚乙烯醇(PVA)纤维。结果表明：随着循环加载次数的增加，钢纤维混凝土的宏观裂纹数量比PVA纤维混凝土多，试件的破坏形态表现为轻骨料的破裂和纤维的渐进拔出(钢纤维)或断裂(PVA纤维);钢纤维混凝土的疲劳应变及残余应变均最大，而混杂纤维混凝土的最小；在同一应力水平下，混杂纤维混凝土的疲劳寿命最长，而钢纤维混凝土的最短；钢纤维混凝土的极限疲劳损伤高于PVA纤维混凝土和混杂纤维混凝土，且随最大应力水平的降低，该差异逐渐缩小。     

单轴荷载作用下钢纤维混凝土疲劳性能研究

利用多轴子结构万能疲劳试验机,进行钢纤维混凝土的疲劳试验研究,得到钢纤维混凝土在拉压循环试验荷载作用下的受力状况、破坏形式以及变形等力学性能参数。依据设计试验得到的数据,拟合作出试验试件的疲劳寿命曲线,以及钢纤维混凝土在疲劳荷载作用下,变形随加载周期的变化规律。结果表明,钢纤维混凝土的疲劳性能明显高于普通混凝土,其疲劳强度较普通混凝土提高40%左右。     

预应力道面混凝土的弯拉与疲劳特性

为解决机场道面达到设计寿命前发生疲劳破坏的问题,提出将预应力混凝土技术应用于机场道面工程.采用后张法对机场道面混凝土小梁施加预应力,设计三分点弯曲加载方案对96根混凝土小梁进行弯曲、抗折和疲劳试验.结果表明:施加预应力后,竖向荷载作用下小梁的挠度减小了2.99％～5.56％,拉应力数值及拉应力区显著减小;抗折强度提高了11.26％～59.42％,裂缝数量和宽度都明显减小;平均疲劳寿命增大了3.18～5.99倍,且随预应力的增大而增大,预应力混凝土弯曲疲劳寿命服从双参数Weibull分布,相关系数达到0.95以上.基于Weibull分布建立了反映应力水平S和疲劳寿命N关系的双对数疲劳方程.     

水平定向钢纤维混凝土的制备与力学性能

钢纤维混凝土(SFRC)中钢纤维方向对其力学性能有显著影响，楼板、地坪、路面等工程中，竖直方向的钢纤维有害无益，钢纤维水平随机分布最为有利。为改善钢纤维混凝土结构的力学性能，提高钢纤维的增强效率，通过旋转磁场对基体中的钢纤维进行调控定向，制备出水平定向钢纤维混凝土(2D-SFRC)。测试比较了2D-SFRC和随机乱向钢纤维混凝土(RD-SFRC)的劈拉性能、棱柱体试件和圆板试件的弯曲性能，同时利用断面纤维分布特征和声发射技术揭示了水平定向钢纤维的增强机理。结果表明，与RD-SFRC相比，2D-SFRC的各项力学性能显著提升。钢纤维分布统计和声发射分析表明，2D-SFRC力学性能提高的主要原因是，断面纤维数量增加、纤维方向有效系数提高。水平定向钢纤维混凝土具有高性能和低成本的特点，对于提高工程质量、节约材料具有重要意义。     

高性能混凝土梁通电锈蚀及疲劳试验研究

通过对4种不同配合比的高性能混凝土梁的疲劳试验,分组研究了3种不同应力比的高性能混凝土梁在水环境中通电腐蚀的钢筋锈蚀情况,以及不同应力比下梁的疲劳寿命及力学行为失效机理,并绘制了不同配合比试验梁疲劳S-N曲线,拟合出了S-N曲线方程.通过分析高性能混凝土梁的疲劳破坏形态及锈蚀率,对比不同水胶比的混凝土梁的受力性能,得出了高性能混凝土梁在疲劳荷载循环下的抗弯承载力、跨中挠度、截面应变、裂缝宽度的影响规律,以期对钢筋混凝土梁在电机车运行状况下的疲劳性能与杂散电流腐蚀进行探讨.研究结果为青海地区低锈蚀率高性能混凝土梁疲劳性能评估提供理论依据,从而改善混凝土结构在该地区耐久性和安全性问题,提高高性能混凝土结构的使用寿命.     

3D打印对装配式混凝土路面板可循环性的影响研究

为实现临时装配式混凝土路面板的可循环利用,本文将活性粉末混凝土(RPC)与3D打印成型相结合,探索可循环临时装配式混凝土路面板适宜材料与工艺.开展填充模式和钢纤维掺量对试件力学性能的影响研究,通过有限元分析模拟,明确了可循环混凝土路面板的应用效果.结果 表明,采用交错填充时,Y、Z方向抗压强度高于平行填充模式,X方向略低于平行模式,抗弯拉强度介于平行填充模式下X方向和Y方向之间.随着钢纤维掺量的增加,抗压强度先增加后降低,抗弯拉强度逐渐增加.有限元计算分析表明,采用RPC材料与3D打印相结合的方式,可提高路面板疲劳寿命与循环利用次数.相比24 cm厚C40混凝土路面板,厚度为14 cm和18 cm的3D打印RPC路面板疲劳寿命系数可达41.69倍和1 445.49倍,同时,可减小路面板自重达42％和24％,便于循环施工.     

纳米碳酸钙改性再生混凝土疲劳性能

为研究纳米改性再生混凝土的疲劳性能,对其疲劳寿命进行估计并建立疲劳方程。以不同再生骨料取代率(0%、30%、50%,质量分数)与纳米CaCO₃掺量(0%、1%,质量分数)为主要影响因素,设计了不同应力水平(0.75、0.80、0.85)下的疲劳循环加载试验。结果表明:混凝土的弹性模量随再生粗骨料取代率的增大而减小,掺入纳米CaCO₃可以提高混凝土的弹性模量并优化破坏形态,有效提升整体性;循环荷载下的疲劳寿命随最大应力水平增大而快速缩短,1%的纳米CaCO₃改性可以使疲劳寿命延长60%;以双对数S-N(应力水平-疲劳寿命)曲线建立疲劳寿命方程,并推导出考虑寿命概率的P-S-N曲线,得到的相关系数随再生粗骨料取代率的增加而快速减小,经纳米改性后有所增大;再生混凝土的疲劳应变演化基本符合三阶段应变曲线发展规律,提出新方程描述再生混凝土第二阶段应变曲线,并建立变形量与循环比的关系式。     

纤维对混凝土疲劳性能的影响研究现状

混凝土疲劳损伤理论包括Miner准则、Henry损伤模型等。工程中常用的纤维可分为:聚丙烯纤维、玻璃纤维、钢纤维、碳纤维、玄武岩纤维等。诸多纤维混凝土疲劳性能研究表明:在混凝土中掺入纤维可有效提高混凝土的抗疲劳性能,疲劳寿命较普通混凝土提高明显、混凝土裂纹扩展较普通混凝土减少明显,弹性模量提高。在此基础上对纤维混凝土疲劳性能研究提出了进一步建议。     

应变率对3D打印混凝土抗压性能的影响

为评价应变率对3D打印混凝土动态抗压性能的影响,开展4种应变率下打印混凝土3个正交方向的单轴压缩试验,得到不同加载工况下3D打印混凝土的受压破坏形态和应力-应变曲线,探讨了应变率和不同方向对3D打印混凝土抗压强度、弹性模量、峰值应变及各向异性的影响规律,考虑应变率效应提出3D打印混凝土各个方向动态抗压强度与动态弹性模量的经验计算公式。研究结果表明：3D打印混凝土裂缝萌生于层条间薄弱界面处并沿界面扩展,这些发展于薄弱界面处的裂缝决定了3D打印混凝土的破坏失效;各个方向的动态峰值应力和动态弹性模量均存在一定程度的应变率相关性,Y方向抗压强度率相关性最高;3D打印混凝土的各向异性随着应变率增加而减小,在高应变率下变化幅度很小。