配筋PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料梁柱边节点抗震性能试验研究

改善工程材料韧性和耐久性,提高框架梁柱节点抵抗变形和破坏的能力,是提高框架结构抗震韧性的有效途径之一。采用PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料代替普通混凝土应用到梁柱边节点,考虑轴压比和加密区体积配箍率的影响,设计6个配筋PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料、1个配筋单掺PVA纤维增强水泥基复合材料和1个钢筋混凝土梁柱边节点试件进行拟静力试验,分析其破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、钢筋应变和梁端塑性铰区转角,探讨混杂纤维的加入对梁柱边节点抗震性能的影响。结果表明:与钢筋混凝土节点和单掺PVA纤维增强水泥基复合材料节点相比,PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料节点的承载力高、变形能力大、延性好、耗能能力强,抗震性能显著提升。当试验轴压比从0.12增加到0.24,梁端塑性铰区产生一定的外移,塑性性能发挥更充分,同时试件的变形能力、延性、耗能能力增加。在加密区体积配箍率减小的情况下,试件仍表现出良好的抗震性能。

钢-玄武岩混杂纤维混凝土压力管道有限元分析

重点研究了掺入钢-玄武岩的混杂纤维混凝土对水电站压力管道外包混凝土承载特性、开裂后裂缝形态以及钢衬和钢筋应力的影响.对10组不同掺量的钢-玄武岩混杂纤维钢筋混凝土试件进行轴向拉伸试验,获得了钢-玄武岩混杂纤维混凝土的相关力学性能参数.以三峡水电站钢衬钢筋混凝土压力管道结构为例,利用有限元软件对钢-玄武岩混杂纤维的掺入对压力管道钢材应力、管道外包混凝土裂缝扩展与裂缝宽度的影响进行分析.结合三峡水电站压力管道结构的大比尺模型试验结果,对比分析了钢衬钢筋钢-玄武岩混杂纤维混凝土压力管道与常规钢衬钢筋混凝土压力管道两种方案下的钢衬及钢筋应力.结果表明,掺入钢-玄武岩混杂纤维后压力管道结构整体受力更加均匀,且管道外包混凝土的裂缝数量和裂缝宽度也有显著的降低,同时压力管道的钢衬及钢筋应力明显降低.

BFRP筋与超高性能纤维混凝土黏结性能试验研究

为探究玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋与超高性能纤维混凝土(UHPFRC)之间的黏结性能,通过中心拉拔试验,对BFRP-UHPFRC试件破坏模式、黏结-滑移曲线进行分析,且探讨了筋材直径、单一纤维及钢-PVA混杂纤维对黏结强度的影响。结果表明,试件破坏模式包括BFRP筋拔出破坏与拉断破坏。BFRP筋直径的增大将导致黏结强度降低。随着单一纤维掺量增加,黏结强度呈先增大后减小的趋势。而相较于单一纤维,钢-PVA混杂纤维显著提高了试件的黏结强度,当掺入1%钢纤维和0.5%PVA纤维时,黏结强度最高(25.35 MPa)。此外,通过灰狼算法优化的支持向量回归模型实现对黏结强度的预测,预测值与实际值拟合较好。

基于响应面回归模型的纤维混凝土力学性能分析

为研究玄武岩纤维和纤维素纤维掺量对混杂纤维轻骨料高强混凝土抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度的影响,构建响应面回归模型,对比分析其力学试验实测值和预测值,并结合渴求函数获得混凝土优化配合比.结果表明:此回归模型有效且可信度高,可用于分析试验结果;两种纤维交互作用、水灰比与纤维素纤维交互作用对抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度影响显著;模型预测最优水灰比为0.30,纤维素纤维掺量为0.90 kg/m3,玄武岩纤维掺量为4.00 kg/m3,强度预测值与试验值间相对误差绝对值均小于5%,该回归模型可为混杂纤维轻骨料高强混凝土的配合比多目标优化提供参考.

玄武岩织物-钢-PVA工程水泥基复合材料单轴受压力学性能研究

本文研究了玄武岩织物和混杂短切纤维(钢纤维及PVA纤维,短切纤维总体积掺量为2%)复合作用对玄武岩织物-钢-PVA工程水泥基复合材料(BTR-HyECC)单轴受压力学性能的影响,并通过圆柱体单轴受压试验测得各试件受压性能指标,并绘制出应力-应变曲线。结果表明:当钢纤维掺量为0%(体积分数,下同)时,随着玄武岩织物的加入,试件的抗压强度、峰值应变以及抗压韧性显著提高;当钢纤维掺量增加到1%时,试件抗压强度和弹性模量达到最大;当钢纤维掺量为1.5%时,试件变形能力和抗压韧性达到最佳。基于试验数据,建立了适用于BTR-HyECC的单轴受压本构方程,拟合曲线与试验曲线吻合较好。

高温后混杂纤维混凝土力学性能

通过高温后抗压强度和劈裂抗拉强度试验研究了温度、纤维种类、单掺玄武岩纤维掺量、混掺玄武岩纤维(BF)及纤维素纤维(CF)对混凝土力学性能的影响。结果表明:单掺BF或CF均可提升高温后混凝土的抗压及劈裂抗拉强度,相同体积掺量时单掺BF提升效果优于CF。各温度下,随着BF体积掺量的增加,抗压强度与劈裂抗拉强度增加。试验中,单掺玄武岩纤维最佳体积掺量为0.20%,混凝土抗压强度增加率为13.1%~32.6%,劈裂抗拉强度增加率为28.0%~62.4%。各温度下适量混掺BF和CF可以提高混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度,二者具有正混杂效应,比单掺纤维增强效果好。混掺BF体积掺量为0.15%和CF体积掺量为0.10%的B2C1组试件抗压强度和劈裂抗拉强度最高,与普通混凝土相比,抗压强度增加率为14.8%~36.2%,劈裂抗拉强度增加率为31.6%~75.3%。引入协同效应系数分析了玄武岩纤维与纤维素纤维的正负混杂效应,并建立了高温后纤维混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度计算模型,可用于纤维混凝土结构设计及灾后性能评估。

钢-PVA混杂纤维高性能混凝土断裂性能与弯曲韧性试验

为了研究钢-聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)混杂纤维对高性能混凝土(high performance concrete,HPC)的增强增韧效果,以钢纤维体积分数、PVA纤维体积分数和矿粉掺量为三因素,采用正交试验,设计并制作16组试件,进行四点加载和三点加载弯曲试验,获取了荷载(P)-跨中挠度(δ)曲线和荷载(P)-裂缝张口位移(crack mouth opening displacement,CMOD)曲线,测定了28 d龄期后的弯曲韧性和断裂性能等。研究表明:混凝土中掺入钢纤维或PVA纤维,P-δ曲线和P-CMOD曲线都变得更加饱满,对其有较为明显的增强增韧效果;特别是当两种纤维和一定量的矿粉掺入混凝土中,曲线下降段趋势变得更加平缓,混掺纤维高性能混凝土试件比单掺纤维混凝土试件具有更好的变形能力,掺入1.5%的钢纤维、0.2%的PVA纤维和20%的矿粉的效果最佳,对弯曲韧性和断裂性能的提升最为显著,具有不错的正混杂效应。

钢-PVA混杂纤维高性能混凝土高温后残余力学性能试验研究

为探究3种因素钢纤维、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)纤维和矿粉对钢-PVA混杂纤维高性能混凝土(hybrid fiber high performance concrete,HFHPC)高温后残余力学性能的影响。对钢纤维、PVA纤维和矿粉3种因素各取3个水平,采用L_(9)(3^(3))方案进行正交设计,测试HFHPC遭受高温作用后的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度,并进行极差与方差分析。结果表明:钢纤维体积分数为2.0%时可以有效提高HFHPC的各项强度。PVA纤维能够抑制混凝土爆裂,与钢纤维混杂可体现优势互补。800℃时,当钢纤维体积分数为2.0%、PVA纤维体积分数为0.3%、矿粉掺量为10%时,HFHPC的抗压强度残余率与劈拉强度残余率达到最高,分别为60.23%和74.5%。当矿粉掺量大于10%时,HFHPC抗压强度可显著提高,而劈拉强度与抗折强度略有下降。最后分别建立了HFHPC立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度的预测模型。

钢-PVA纤维混凝土预制连梁抗震性能试验研究

为研究钢-聚乙烯醇混杂纤维混凝土(Steel-Polyvinyl Alcohol Hybird Fiber Concrete,简称SPHFC)预制连梁的抗震性能,对1个普通混凝土(RC)预制连梁试件和3个SPHFC预制连梁试件进行低周往复加载试验,分析预制连梁的破坏过程、破坏形态、滞回性能、刚度及耗能能力等抗震指标,研究连梁基体材料和截面宽度对其抗震性能的影响,阐明了SPHFC预制连梁的破坏机理.结果表明:RC预制连梁破坏时混凝土剥落现象严重,最终表现为剪切型破坏;SPHFC预制连梁破坏时几乎无混凝土剥落现象,充分发挥了纤维混凝土多裂缝开展的特点,最终发生弯剪型破坏;SPHFC预制连梁的承载力、延性、刚度和耗能能力均远高于RC预制连梁;分别增大SPHFC预制连梁基体强度或截面宽度,连梁承载力提高,延性和耗能能力略有降低.本文提出的新型SPHFC预制连梁各项抗震指标均显著优于普通RC预制连梁,且制作简便,轻质高强,便于预制吊装,可在装配式结构中推广应用.

高温后钢-PVA混杂纤维高性能混凝土与变形钢筋黏结性能试验

为研究高温后钢-聚乙烯醇(polyvinyl alcohols,PVA)混杂纤维高性能混凝土(hybrid fiber high performance concrete,HFHPC)与变形钢筋的黏结性能退化规律,以200、400、600、800℃为目标温度,选取钢纤维体积率、PVA纤维体积率、矿粉掺量为正交试验因素设计并制作25组HFHPC试件,完成了单调荷载下的中心拉拔试验。结果表明:高温后各组HFHPC试件黏结破坏形态均表现为钢筋拔出破坏;试验温度范围内,对HFHPC试件黏结强度的影响程度均为:钢纤维体积率最大、矿粉掺量次之、PVA纤维体积率最小;随着温度的升高,HFHPC试件黏结强度逐渐下降,且在相同温度条件下,HFHPC试件黏结强度和峰值滑移相比于未掺纤维的混凝土试件均有所提升,其中,200℃时HFHPC试件的黏结强度提升最为显著,分别提升了33.69%、35.76%、37.54%和46.03%;混杂纤维能显著提高高温后高性能混凝土与钢筋的峰值界面能,明显改善黏结延性和耗能能力;提出的考虑温度作用后的混杂纤维混凝土与钢筋黏结-滑移模型与试验实测结果吻合较好,可为火灾后混杂纤维高性能混凝土结构损伤评估及加固方案提供参考。

多尺度钢纤维混杂增强水泥基材料抗冲击性能及阻裂能力

为更好地研究钢纤维混杂方式对水泥基材料的增强作用,本研究使用长度分别为6 mm(S)、13 mm(M)和35 mm(H)的三种钢纤维,进行单掺、双掺、三掺制备钢纤维增强水泥基材料,采用圆柱体试件进行落锤冲击试验,从冲击次数及耗能、破坏形态、裂缝宽度发展等方面探究混杂方式对水泥基材料抗冲击性能及阻裂能力的影响。试验结果表明:钢纤维从单掺到三掺,材料抗冲击性能逐渐增强。钢纤维单掺对水泥基材料强度及抗冲击性能提升效果依次为:M>H>S;双掺组合方式从优到劣为:M+H>S+M>S+H,当1.5%(体积分数,下同)M与0.5%H混掺时材料的增强、增韧效果最佳,28 d抗折强度为22.6 MPa,较单掺M和H分别提高了3.2%和31.4%,抗压强度为154.8 MPa,较单掺M和H分别提高了40.1%和65.5%,初裂与破坏冲击耗能比单掺M和H分别提高了23.5%、425%和36.7%、300%;三掺最优掺量为0.5%S、0.5%M和1%H,初裂和破坏冲击耗能比最优双掺M1.5H0.5组分别提高了33.3%、1.9%。双参数的Weibull分布可以合理地描述钢纤维混杂增强水泥基材料的初裂冲击次数(N1)和破坏冲击次数(N2)。S抑制微裂缝的产生与扩张,M和H阻止宏观裂缝在不同受荷阶段的发展,在不同结构层次、不同受荷阶段发挥逐级阻裂作用。

混杂纤维混凝土的力学性能及微观分析

通过L9(33)正交试验研究了玄武岩纤维(BF)、聚丙烯纤维(PPF)和粉煤灰的掺量对混凝土力学性能的影响,并进行了微观分析。结果表明:混掺适量PPF和BF,同时掺入适量粉煤灰可有效改善混杂纤维混凝土的力学性能及微观结构;综合考虑,推荐PPF、BF、粉煤灰的掺量分别为0.10%、0.10%、20%。

PVA-钢纤维自密实混凝土早期干燥收缩研究

研究了钢纤维、PVA纤维、PVA-钢混杂纤维对自密实混凝土早期干燥收缩的影响。结果表明:纤维的掺入不会改变自密实混凝土干燥收缩的发展趋势;单掺钢纤维或PVA纤维均能抑制自密实混凝土的干燥收缩,其中,PVA纤维较钢纤维对自密实混凝土干燥收缩的抑制效果更好,但纤维体积掺量过高则会导致纤维的抑制效果减弱;PVA-钢混杂纤维对自密实混凝土干燥收缩的改善效果优于单一纤维,其中,0.3%体积掺量的钢纤维与0.06%体积掺量的PVA纤维混杂对自密实混凝土干燥收缩的改善效果相对最好,表现出显著的混杂效应。

超高性能混凝土中纤维作用效应研究综述

超高性能混凝土(UHPC)是一种具有超高强度、高耐久性的新型水泥基复合材料,其应用仍受到包括造价高、韧性不足、高温抗爆裂性能差等因素的影响,相关研究表明上述因素均与内掺纤维有关。为进一步促进纤维对UHPC性能的优化,推进UHPC在工程领域中的应用,通过梳理国内外近年来相关研究成果,总结钢纤维形状和长径比、不同纤维类型、纤维混杂和纤维取向分布对UHPC相关性能的影响,结果表明:钢纤维具备优异的力学性能且来源广泛,仍为UHPC中主要使用的纤维,异形钢纤维改善UHPC抗拉、抗弯等性能效果更好,但工作性能会相应地降低,建议钢纤维掺量采用2%~3%;不同类型纤维混掺存在最优组合,非钢纤维掺量普遍不超过0.5%;纤维平行于主拉应力方向分布能够提升纤维桥接作用的有效性,随机分布的纤维有效性降到了30%,对于纤维取向控制方法尚不成熟,需要进一步完善方法实现在非实验室条件下纤维定向分布的实际尺寸。

混杂纤维增强超高性能混凝土的高温性能试验研究

本文对混杂钢纤维(SF)-聚丙烯纤维(PPF)-硫酸钙晶须(CSW)增强超高性能混凝土(UHPC)进行高温试验(200~800℃),研究了混杂纤维增强UHPC高温前后的物理力学性能,并借助光学显微镜和扫描电子显微镜进行微观形貌观测,探讨了基体裂缝发展过程中多尺度纤维的作用机理。结果表明:随着温度升高,UHPC的质量损失率呈增大趋势,而超声波速则呈下降趋势,同时混杂SF-PPF-CSW对基体超声波速的降低有一定减缓作用;当温度小于400℃时,混杂SF-PPF-CSW增强UHPC的弯曲强度变化微弱(<5%),超过400℃后则迅速下降,在800℃下仅为初始强度的19.2%~24.7%;残余抗压强度随温度升高呈先上升后下降趋势,在400℃时达到峰值,较常温时提升了48.9%~62.0%;各温度下,掺加SF-PPF-CSW的UHPC物理力学性能均得到了有效提升,其中混杂1.7%(体积分数)SF、0.3%(体积分数)PPF、1.0%(体积分数)CSW对UHPC力学性能提升效果最佳。

混杂网格增强超高性能混凝土双向板的弯曲性能

网格增强超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)具有轻质、高强、耐久性好等特性,已应用于薄壁结构和工程加固领域,但单一网格很难实现高效的增强增韧效应.为研究混杂网格增强UHPC双向板的抗弯性能,对3个钢丝网格与玻璃纤维网格混杂增强UHPC板、3个钢丝网格与玄武岩纤维网格混杂增强UHPC板、6个单一网格增强UHPC板和1个无网格UHPC对照板进行弯曲试验,研究网格种类、总层数及铺层方式对其破坏形态、承载能力和弯曲韧性的影响.结果表明:与单一钢丝网格板和单一玻璃纤维网格板相比,钢-玻璃纤维网格混杂板开裂后表现更显著的硬化现象,在连续网格与混杂短纤维协同效应下,板呈现多裂缝破坏模式,延性较理想.铺设2层网格时,钢-玻璃纤维网格混杂板的承载能力较单一钢丝网格板提升23.7%,且其在20 mm挠度处的残余承载力较单一玻璃纤维网格板提升28.2%;钢-玄武岩纤维网格混杂板峰前阶段的能量吸收值和20 mm挠度处的残余承载力均优于单一玄武岩纤维网格板.网格总层数为3层时,与单一玄武岩纤维网格板相比,2层钢丝网格与1层玄武岩纤维网格混杂增强板在峰前挠度为2 mm时的能量吸收值提高了21.6%,20 mm挠度处的残余承载力提高了42.6%.钢-玻璃纤维网格混杂板的网格强度利用率最理想,其承载能力、能量吸收值及弯曲韧性指标均高于钢-玄武岩纤维网格混杂板.最后,考虑网格强度有效利用率建立了混杂网格增强UHPC双向板抗弯承载力理论公式,适用性良好.

天然纤维混杂增强树脂基复合材料的研究现状及应用

天然纤维增强树脂基复合材料具有资源丰富、密度小、可生物降解、生态友好、生物相容性好、可再生、成本低等优点,在汽车轻量化、运动设备、家电轻薄化、电气部件和生物医药行业等领域呈现出巨大的发展前景和应用价值,并在国内外得到了广泛的应用。综述了天然纤维混杂增强树脂基复合材料的制备方法、力学性能及其应用,并对天然纤维混杂复合材料的发展进行了展望。

钢-PVA混杂纤维增强水泥基复合材料永久模板叠合RC单向板短期刚度计算方法

钢-PVA混杂纤维增强水泥基复合材料(HFRCC)具有良好的受拉韧性和耐久性能,是永久模板的理想材料。首先探究了PVA纤维掺量对HFRCC工作性能和抗折强度的影响,随着PVA纤维掺量增加,HFRCC的工作性能显著减弱,抗折强度先增大再减小,最终选用含有1.5%钢纤维和0.25%PVA纤维的HFRCC来制作永久模板。随后对六个HFRCC永久模板叠合RC单向板和一个RC单向板进行了四点受弯试验,探究了HFRCC-RC界面处理方式和配筋率对叠合板受弯性能的影响。试验结果表明:抹平、等距凹槽和钢钉拉毛三种界面处理方式对叠合板受弯性能的影响可以忽略;HFRCC模板能够有效限制裂缝发展,减小裂缝宽度和间距,叠合板的开裂弯矩相比于普通混凝土板提高了20.1%~31.7%。分别采用刚度解析法和有效惯性矩法建立了HFRCC-RC叠合板短期刚度计算方法,两种方法均有较高的计算精度且离散性较小。

玄武岩-纤维素混杂纤维混凝土抗冻性能研究

研究了玄武岩纤维(BF)、纤维素纤维(CF)、玄武岩-纤维素混杂纤维(BF-CF混杂纤维)对混凝土抗冻性能的影响,并进行了SEM分析。结果表明:单掺BF或CF均能提升混凝土的抗冻性能,其中,BF的提升效果更好;随着BF或CF掺量的增加,混凝土的抗冻性能呈先提高后降低的趋势,且均优于未掺纤维组;BF-CF混杂纤维对混凝土抗冻性能的改善效果优于单掺纤维,且当BF与CF的混掺比例为2∶1时,混凝土的抗冻性能相对最优;纤维混凝土在150次冻融循环后仍能保持较为紧密的内部结构。

大丝束碳纤维复合材料在风电叶片的应用

大功率风电机组尤其是海上风电大尺寸复合材料叶片对于材料的强度、耐疲劳性能及长期使用可靠性提出了更高的要求,高强度高刚度碳纤维增强复合材料拉挤板材为大尺寸风电叶片主梁结构提供了最佳解决方案。国产低成本大丝束碳纤维生产技术突破为碳纤维增强复合材料风电板材规模化应用奠定了基础,碳纤维/玻璃纤维(碳玻)混杂成型技术、碳纤维/聚氨酯体系拉挤成型技术为风电板材提供了更多可供选择的技术途径。本文结合上海石化48K大丝束碳纤维在风电领域应用研究成果及国内外风电板材新型技术进展,总结了大丝束碳纤维复合材料在风电叶片板材的应用途径。