聚丙烯粗纤维混凝土轴拉性能的试验研究

参照目前国际上对混凝土轴拉性能的多种测试方法,采用环氧粘贴法进行了纤维混凝土的轴拉试验。研究了不同纤维掺量的聚丙烯粗纤维对混凝土轴拉极限承载力、极限应变及残余承载力的影响。试件尺寸为100mm×100mm×200mm;聚丙烯纤维掺量分别为6、7、8、9、10 kg/m3。结果表明:聚丙烯粗纤维能有效地提高混凝土的抗拉强度与峰值应变,与素混凝土相比,掺量为9 kg/m3的聚丙烯纤维混凝土的抗拉强度与峰值应变分别提高43%和41%。

挤出成型GFRC板的纤维取向分布和轴拉性能

挤出成型工艺生产玻璃纤维增强水泥板 (GFRC)时 ,纤维在螺旋推挤力和速度剪力的作用下 ,大部分纤维能在挤出方向上形成定向排列 ,轴拉强度相对较高。而垂直于挤出方向的纤维分布相对较少 ,力学性能也相对较差。试验结果表明 ,当纤维含量较低时 ,绝大部分纤维沿挤出方向分布 ,此时 ,平行挤出方向的轴拉强度远大于垂直挤出方向。纤维掺量较高时 ,垂直挤出方向上的纤维分布量大大增加 ,相应的轴拉强度几乎与平行挤出方向相等。此外 ,存在一个纤维掺量饱和点 ,超过此掺量 ,平行纤维方向的轴拉强度不再随掺量的增加而提高 。

高性能纤维混凝土轴拉性能简易评价模型

为了简化混凝土的轴拉力学性能分析过程,首先采用混杂纤维技术制备出了具有优异变形性能的高性能纤维混凝土,然后以四点弯曲试验为基础,结合理论分析和数值计算分析,建立了高性能纤维混凝土的轴拉性能简易评价模型,并采用实测结果对其准确性进行了检验。结果表明,所制备的混杂纤维混凝土在弯拉测试过程中试件的跨中底部和轴拉测试过程中试件的中部均出现了多缝开裂的现象;硅灰的掺入导致强度和变形性能均提高,而当纤维掺量过大时,弯拉强度虽有明显提高,但是其变形能力和抗拉强度基本保持不变;虽然极限拉应变的预估偏差要大于极限抗拉强度的预估偏差,但总体来讲二者与实测值都较接近,预估模型不仅具有较高的准确性,而且大大简化了评价过程。

天然纤维增强水泥基材料轴拉性能试验研究

工程水泥基复合材料(简称ECC)能改善普通混凝土脆性、耐久性差的问题,但聚乙烯醇(PVA)纤维的较高价格,一定程度上局限了ECC的推广应用。本文主要从天然纤维入手,研究体积掺量为2%竹原、苎麻、剑麻、大麻这四种纤维组成的水泥基材料的轴拉性能,将四种纤维分别以干铺和湿铺两种方式,采用哑铃型试件做单轴拉伸试验。试验结果表明,四种纤维在所选取的配比范围内,在拉伸荷载作用下应力-应变关系可分为弹性上升阶段、应变硬化阶段和应变软化阶段,且均能实现应变硬化与多缝开裂,极限拉应变最大可达3.5%。

双金属复合管混凝土轴拉性能有限元分析

选择合理的材料本构模型、单元类型、网格划分技术和边界条件,建立双金属复合管混凝土构件在轴拉荷载作用下的有限元分析模型,并利用双金属复合管混凝土(CFBT)轴压试验和钢管混凝土(CFST)轴拉试验的结果对模型的可靠性进行验证.基于验证后的有限元模型,对CFBT轴拉构件的受力机理和破坏形态进行研究,分析不同参数对构件轴拉承载力的影响规律.研究结果表明:核心混凝土可有效限制双金属复合管在拉伸过程中的内缩变形,使钢管处于复合受力状态;CFBT构件的轴拉承载力比双金属复合管提高15%左右;随着不锈钢厚度的增大,构件的轴拉承载力逐渐提高;核心混凝土的强度对构件承载力的影响不明显.

钢纤维掺量对UHPC轴拉性能的影响

为明确钢纤维掺量对超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)材料轴拉性能的影响,对钢纤维体积掺量为0%~3%的4组共16个UHPC试件进行轴向拉伸全过程试验,获得不同纤维掺量下UHPC的轴拉应力-应变全曲线;分析钢纤维体积掺量对UHPC抗拉强度、变形性能、耗能能力和延性的影响。试验结果表明:(1)不掺纤维的UHPC轴拉试件表现出明显单缝开裂的脆性破坏特征,当纤维掺量增加到2%以上时,则表现出明显多缝开裂的延性破坏特征;(2)包括卸载曲线在内的UHPC轴拉应力应变全曲线在初始加载、基体开裂、峰值点、极限点和卸载点等特征点间的曲线近似呈线性变化,极限点处卸载后再重新加载时,仍基本回到单调加载曲线的运行路径上;(3)随着钢纤维体积掺量的提高,UHPC材料的初裂应力和初裂应变稍有增加,峰值应力、峰值应变、极限应变、残余应变、耗能能力和延性显著提高。受拉与受压弹性模量相近,材料的塑性耗能能力基本由基体内纤维的塑性变形提供。

PVA纤维地聚合物再生混凝土轴拉性能研究

通过20组共计60个试件的轴拉试验,研究再生粗骨料质量替代率和PVA纤维体积掺量对地聚合物混凝土破坏形态、弹性模量、峰值应力及峰值应变的影响,结果表明,试件的破坏均由单一横向裂缝引起,裂缝主要经过旧砂浆—骨料及骨料—基体界面过渡区,再生粗骨料替代率的增大导致混凝土弹性模量降低,峰值应变增大,轴心抗拉强度先增大后减小,而掺加适量PVA纤维(1.0%≤VPF≤1.5%)能改善地聚合物再生混凝土的轴拉性能。在GB50010模型的基础上,利用试验数据回归得到适用于PVA纤维地聚合物再生混凝土的轴拉本构模型,模型曲线与试验曲线吻合较好。

纤维长度对UHPC轴拉性能的影响试验研究

为了研究钢纤维长度对UHPC轴拉性能的影响,选择相同直径不同长度直圆形纤维掺入UHPC中,通过对UHPC力学性能、受拉变形和裂后强度的分析,得到纤维长度对UHPC轴拉性能的影响规律,对纤维长度的阻裂增韧效果做出评价,明确纤维长度影响UHPC轴拉性能的原因。研究结果表明:UHPC的轴拉性能随掺入纤维长度的增加而增加,20 mm长度纤维比6 mm长度纤维对UHPC峰值应力的提升作用增加了57.76%,UHPC裂后强度随纤维长度的增加而增加,当裂缝宽度一致时,纤维长度为20 mm时UHPC的应力最大,纤维长度为6 mm时UHPC应力最小。掺入20 mm长度纤维的UHPC在应变强化段变形量最大,纤维长度为13 mm时UHPC则在应力软化段变形最大。UHPC流动性随纤维长度的增加而降低。纤维长度对UHPC轴拉性能的影响是通过改变纤维与基体接触面的大小而改变的,越长的纤维与基体接触面越大,纤维与基体的黏结力也更大。

钢管塔锻造带颈法兰轴拉性能分析研究

文章提出一种新型锻造带颈法兰,该法兰采用内大坡外小坡截面型式,颈部内侧坡度约为15°,外侧坡度约为5°。与常规锻造带颈法兰相比,该法兰的螺栓圆更靠近主管外壁,法兰板更厚,有效减小了螺栓偏心受力效应。通过该法兰的轴拉性能试验,重点研究法兰板厚度对节点整体受力的影响程度。基于试验法兰的有限元分析模型,进行轴拉受力模拟分析,并将模拟结果与试验结果进行对比分析,验证了有限元结果的准确性和可靠性。有限元分析结果进一步揭示法兰典型部位的应力和盘面接触应力分布情况,结果表明该新型法兰节点安全可靠。

不同尺寸纤维自密实混凝土试件轴拉性能试验

采用粘贴法对尺寸分别为150 mm×150 mm×150 mm和100 mm×100 mm×400mm的纤维混凝土试件进行了轴拉试验。获得了轴拉应力-应变曲线,并研究了不同种类和不同纤维掺量的聚合纤维对混凝土轴拉极限承载力、极限应变的影响。结果表明:在自密实混凝土中掺入纤维能有效地提高混凝土的抗拉强度和峰值应变。

机制砂UHPC轴拉性能试验研究

基于传统UHPC制备技术,优化原材料组分和配合比,配制出强度等级为120MPa的机制砂UHPC,开展不同材料掺量与配比对机制砂UHPC轴拉性能试验研究。结果表明:钢纤维的掺入能较好地约束机制砂UHPC变形和内部微裂纹的扩展,提高抵抗开裂能力和增强抗拉强度和拉伸应变,效果随钢纤维体积率的增加而逐渐增强,但在钢纤维掺量超过2%后增幅明显趋缓;机制砂UHPC抗拉性能随水胶比的增大呈先增大后减小的趋势,在水胶比0.18时,其抗拉强度和峰值应变最大分别为9.7MPa、2745.6με;适当增加机制砂UHPC中部分粗颗粒质量分数和石粉的掺量可以提高机制砂UHPC的抗拉性能。根据上述结果,机制砂UHPC的优选配合比设计为水胶比0.18,细度模数3.0,石粉含量5%,钢纤维体积掺量2%,可为后续机制砂UHPC力学性能深入研究与推广应用提供参考。

钢纤维掺量和配筋率对UHPC轴拉性能和开裂行为的影响

超高性能混凝土(UHPC)因物理力学性能优异而被广泛用作结构的加强层或保护层,但2%~3%的典型纤维体积掺量带来的高昂成本仍阻碍着其进一步推广应用。相较于典型纤维掺量UHPC,低纤维掺量UHPC材料成本更低,且具有改善配筋UHPC延性的潜力。为探究低纤维掺量配筋UHPC的轴拉性能和开裂行为,通过轴向拉伸试验测试了10组共30个试件的拉伸响应,并采用图像识别算法定量评估了试件内部的纤维分布特征,基于试验结果分析了配筋率和纤维掺量对配筋UHPC延性、承载能力和开裂行为的影响。研究结果表明:0.5%纤维体积掺量UHPC的延性随配筋率增大近似线性增加,但改变配筋率对2.0%纤维体积掺量UHPC的延性影响有限;配筋UHPC达到拉伸承载力时UHPC和钢筋的应力受配筋率和纤维掺量配比影响,计算拉伸承载力时需予以考虑;配置钢筋可显著提升0.5%纤维体积掺量UHPC控制最大裂缝宽度的能力,但对2.0%纤维体积掺量UHPC控制最大裂缝宽度的能力影响不大;改变配筋率对配筋UHPC最大裂缝宽度的影响较小;将纤维体积掺量从2.0%降低至0.5%后,除控制最大裂缝宽度的能力略有降低外,配筋UHPC的其他轴拉性能基本未见退化。

单板焊接空心球节点受拉承载性能研究

单板焊接空心球节点常用做弦支穹顶上部结构连接拉杆或拉索的节点,单板主要承受拉力并传递至焊接空心球,为了满足工程设计的要求,需对其受拉承载性能进行研究.通过试验,研究了不同参数的单板焊接空心球节点轴拉状态下的受力性能和破坏机理,建立有限元模型并进行验证,该模型能较好地反映单板焊接空心球节点轴拉性能,通过有限元模型参数化分析揭示了节点尺寸、加劲肋、单板尺寸等参数对其力学性能的影响规律,并提出单板焊接空心球轴拉承载力计算公式.研究结果表明:单板焊接空心球在轴拉作用下为应力集中导致的剪切强度破坏,破坏发生在单板端部与空心球连接处,表现为焊接空心球被撕裂;有限元应力云图得出破坏时沿着单板平面内拉力方向的剪应力起主要作用;单板焊接空心球节点的受拉承载力随单板宽度及空心球壁厚的增大而明显增大,空心球直径的增大会使承载力略有降低,单板的厚度增加使节点承载力略有提高,单板的高度对节点承载力的影响较小,空心球内设置加劲肋能使承载力提高至少20%;基于参数化提出的单板焊接空心球节点的受拉承载力计算公式能简便地计算出单板焊接空心球节点的承载力,相对误差在±15%以内,满足工程设计误差要求.研究工作可为今后外接单板的焊接空心球节点分析设计提供参考.

集束型玻璃纤维混凝土轴拉、弯曲和断裂性能

为掌握不同掺率耐碱集束型玻璃纤维混凝土的力学韧性,本文对不同体积掺率的耐碱集束型玻璃纤维混凝土和钢纤维及粗聚烯烃纤维混凝土进行了轴拉、四点弯曲韧性和三点切口梁断裂试验。分析了纤维掺率对耐碱集束型玻璃纤维混凝土力学性能的影响规律,并和同体积掺率的钢纤维和粗聚烯烃纤维混凝土进行了比较。试验表明:耐碱集束型玻璃纤维混凝土轴拉性能优于同体积掺率的粗聚烯烃纤维混凝土,轴拉强度和极限拉应变均略高于同体积掺率的钢纤维混凝土;耐碱集束型玻璃纤维体积掺率为0. 75%时,弯曲韧性值和峰值强度比素混凝土分别提高了191. 73%和11. 47%,断裂韧度和断裂能比素混凝土分别提高了28. 16%和268. 69%,该掺率下耐碱集束型玻璃纤维混凝土弯曲韧性指标和断裂力学指标增幅较大。

连接方式对内配格构式角钢圆钢管混凝土构件轴拉性能的影响

通过对9个内配格构式角钢圆钢管混凝土构件进行轴拉试验,研究了外钢管以及内部角钢的连接方式对构件的轴拉力学性能的影响,对比分析了外钢管及内部角钢均通直的构件与外钢管法兰连接构件、内部角钢螺栓连接构件、外钢管法兰连接且内部角钢螺栓连接构件的轴拉力学性能的区别。分析了构件的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线以及轴拉承载力等试验数据,通过观察破坏后的构件的混凝土的裂缝分布形态,研究了外钢管以及内部角钢的连接方式对构件的轴拉力学性能的影响。结果表明:外钢管和内部角钢连接方式对构件的轴拉性能以及轴拉承载力基本没有影响,但是对构件的初始阶段的刚度有影响;法兰的存在会削弱连接区域内的钢管与混凝土之间的摩擦力,并导致连接区域内的混凝土裂缝间距偏大;在外钢管的端部加焊加劲肋对构件的内部角钢骨架的承载力的发挥具有明显的提高作用;基于文献[15]给出的设计公式可以准确且偏于安全的预测该类型构件的轴拉承载力。

玄武岩纤维对再生混凝土轴心受拉性能的影响

为研究玄武岩纤维对再生混凝土轴心受拉性能的影响,通过自行设计的混凝土轴拉试验装置,对不同玄武岩纤维体积掺量下(0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%)的玄武岩纤维再生混凝土(basalt fiber recycled aggregate concrete,BFRAC)进行了轴心受拉试验,并分别与玄武岩纤维增强混凝土(basalt fiber reinforced concrete,BFRC)进行比较。研究结果表明,随着纤维掺量的增加,BFRAC的初裂强度、轴拉强度、初裂应变、峰值应变和初始弹性模量均呈现先增加后减小的趋势,纤维掺量为0.3%时,各项轴拉性能达到最大值,对应的提升率分别为40.5%、35.4%、10.4%、22.4%和16.9%。玄武岩纤维对再生混凝土轴拉性能的提升效果要优于普通混凝土。

钢-钢纤维混凝土组合桥面板轴拉性能试验研究

针对上承式板桁组合桁梁桥中普通混凝土桥面板抗裂性能差的问题,提出了钢-钢纤维混凝土组合桥面板。为研究该组合桥面板的轴拉力学性能、抗裂性能,设计了3种不同形式桥面板的轴拉性能对比试验,包括纯钢纤维混凝土桥面板、平钢板-钢纤维混凝土组合桥面板及球扁钢肋加劲的钢-钢纤维混凝土组合桥面板。测试了钢纤维混凝土初始开裂荷载、裂缝随轴向拉力的变化、桥面板的变形、承载力等。结果表明:采用钢纤维混凝土的桥面板在轴向拉力作用下,混凝土开裂特征为多条细微裂缝,与常规的混凝土板开裂特征不同;纯钢纤维混凝土桥面板在轴向拉力作用下的破坏形态为桥面板中的纵向钢筋在连接处破坏,平钢板-钢纤维混凝土组合桥面板及球扁钢肋加劲的钢-钢纤维混凝土组合桥面板的破坏形式为钢板屈服。不同形式的桥面板在正常使用状态下的受力性能各不相同,总体上随着底部钢板面积的增加,桥面板的受力性能更加优异;当纵向钢筋应力水平为100 MPa时,平钢板-钢纤维混凝土组合桥面板和球扁钢肋加劲的钢-钢纤维混凝土组合桥面板所承载的轴拉力分别是纯钢纤维混凝土桥面板的4倍和6.7倍。

玄武岩纤维高性能混凝土轴拉和抗冲击韧性试验研究

研究了玄武岩纤维掺量对混凝土轴拉性能和抗冲击韧性的影响,观察了试件拉伸与冲击的破坏形态,测得了试件的轴拉强度、破坏冲击次数等指标。结果表明:随着玄武岩纤维掺量的增加,混凝土的轴拉强度先增大后减少;当玄武岩纤维掺量为5 kg/m^(3)和10 kg/m^(3)时,试件的轴拉强度相比素混凝土的轴拉强度分别提高了24.41%和50.17%;当玄武岩纤维掺量为15 kg/m^(3)时,试件的轴拉强度相比素混凝土的轴拉强度降低了3.73%;各试件的冲击破坏裂缝均出现在试件中部;与素混凝土相比,玄武岩纤维掺量为5 kg/m^(3)和10 kg/m^(3)试件的破坏冲击次数分别增加了46.29%和69.66%,抗冲击韧性的改善效果明显;当玄武岩纤维掺量为15 kg/m^(3)时,由于纤维分散不够均匀,导致试件的破坏冲击次数降低。

灌浆插筋式模块钢结构连接节点力学性能试验研究

针对模块钢结构建筑间的连接问题,提出了一种新型的由钢筋与CGM灌浆料组成的灌浆插筋式模块钢结构连接节点形式,并采用试验和理论分析的方法,对节点柱的轴压性能、轴拉性能和抗弯性能进行了深入研究,提出了相应的承载力计算方法.研究结果表明:①在轴向压力作用下,此节点上下两侧空钢管发生屈曲破坏,轴压承载力约为钢管截面屈服承载力的97%,表明此节点具有较好的抗压承载能力;不同钢筋直径试件的荷载-位移曲线基本一致,表明节点的抗压承载力与钢筋直径无关;②在轴向拉力作用下,试件在节点的连接缝隙处发生分离,灌浆料表面呈现了斜向裂缝;在钢筋直径为14~18 mm的范围内,构件的极限抗拉承载力为钢管极限承载力的28%~32%,并且随着钢筋直径的增大,试件的极限抗拉承载力增大、延性减小;③在弯矩作用下,试件一侧受拉、另一侧受压,在节点的连接缝隙处钢管发生分离,受拉区灌浆料形成斜向裂缝;在钢筋直径为14~18 mm的范围内,构件的抗弯承载力为钢管承载力的37%~47%,并且随着钢筋直径的增大,试件的极限抗拉承载力增大、延性减小,试件的屈服位移和极限位移均增大.

PE/PP混杂纤维应变硬化碱激发复合材料力学性能研究

应变硬化碱激发复合材料(SHAAC)兼具低碳环保和高韧性的优点,但高昂的成本限制了其工程应用。为降低成本,研究采用PP纤维替代PE纤维,开发了一种混杂PE/PP纤维SHAAC,并通过轴压与轴拉试验及成本分析,探讨了不同PP纤维替代率(0%、25%、50%、75%和100%,体积分数)对混杂PE/PP纤维SHAAC的轴压、轴拉性能和成本的影响。结果表明:采用PP纤维替代PE纤维时,SHAAC的轴压、轴拉强度及裂缝控制能力随着纤维替代率的增加而降低,但在PP纤维替代率低于75%时,SHAAC仍可呈现伪应变硬化和多缝开裂现象;当PP纤维替代率为50%时,SHAAC极限拉伸应变最高(8.40%),且能保持较高的轴压和轴拉性能,同时成本可降低29.00%,且综合性能与成本比值最高。