基于BP神经网络的UHPC-NC界面抗拉强度的预测模型

为研究严寒环境下超高性能混凝土与普通混凝土(Ultra High Performance Concrete-Normal Concrete,UHPC-NC)黏结件的界面力学性能,基于现有文献中的试验数据,建立了84组UHPC-NC界面劈拉试验的数据库,利用人工神经网络对UHPC-NC的界面劈拉强度进行预测。采用反向传播算法对3层人工神经网络模型进行训练,以预测UHPC-NC界面劈拉强度。该模型的输入层包括冻融循环次数、钢纤维掺量、界面剂类型和界面粗糙度4个参数,通过将这些参数作为模型的输入,可以得到对UHPC-NC界面劈拉强度的预测输出。结果表明,BP神经网络模型具有良好的预测和泛化能力,误差较小。该方法能够综合考虑UHPC-NC黏结劈拉强度的影响因素,给出精确的预测结果。

RPC-NC界面剪切力学性能分析

采用玄武岩纤维在活性粉末混凝土基体中随机投放的方法,将活性混凝土看作由玄武岩纤维和素混凝土组成的两相非均质复合材料。基于二次开发将玄武岩纤维实体模型导入有限元软件中,建立可分析活性粉末混凝土-普通混凝土界面抗剪性能的有限元模型探索不同侧向应力和不同玄武岩纤维掺量下的活性混凝土-普通混凝土界面剪切力学性能,并观察其破坏特征。研究结果表明:在玄武岩纤维掺量为0.2%,侧向应力为0~5 MPa时,RPC-NC的抗剪强度为5.32~9.11 MPa;在侧向应力为2 MPa,玄武岩纤维掺量为0~0.2%时,RPC-NC的抗剪强度为5.25~7.65 MPa。玄武岩纤维可有效阻断RPC键槽根部裂纹的扩展,且纤维掺量的增加可以提高活性粉末混凝土-普通混凝土界面抗剪强度。相对于玄武岩纤维掺量的影响,侧向应力的大小对RPC-NC界面剪切力学性能有更加显著的影响。

钢纤维超高性能混凝土-普通混凝土界面力学特性细观模拟

依据复合材料理论,将超高性能混凝土看作由混凝土基体和钢纤维增强体组成的两相非均质复合材料,建立考虑各自本构关系的超高性能混凝土-普通混凝土界面剪切模型来模拟界面力学特性。基于二次开发将钢纤维实体模型导入有限元软件中,建立三维剪切模型,在细观层面上模拟超高性能混凝土-普通混凝土剪切破坏过程,研究不同钢纤维体积掺量对界面抗剪性能的影响,并确定其破坏机理。结果表明:1)使用钢纤维随机投放建立的三维剪切模型进行模拟试验得到的极限承载力与荷载-滑移曲线与已有试验值吻合度较高;2)随着钢纤维体积掺量的增加,界面抗剪承载力呈现先增大后减小的趋势;3)随着剪切荷载的施加,破坏最先发生在界面处,且会一直延伸到键槽,最终因键槽处钢纤维的桥接作用失效导致试件被破坏。