钢纤维高强灌浆料受压循环力学性能分析

文章为研究循环压力对钢纤维高强灌浆材料的影响,对其进行了应力水平分别为S1=0.85和S2=0.75时进行受压循环加载次数分别为500次、2 000次、4 000次、6 000次、8 000次和10 000次的疲劳加载试验,得出破坏形态、强度衰减规律及剩余强度等参数。试验结果表明钢纤维灌浆材料抗疲劳性能较好,强度下降率呈现"三阶段"变化趋势,且表现出良好的韧性。

SMA碟簧群的循环受压性能及简化模型

该研究提出将多个形状记忆合金(SMA)碟簧片并联排列形成碟簧组,然后在碟簧组间加入垫片分隔、串联排列形成碟簧群,以提供更高的承载力及变形能力。采用有限元软件ABAQUS建立了一系列SMA碟簧群的三维精细化有限元模型,并进行非线性循环受压分析。结果表明:与钢碟簧的“三角形”荷载-位移曲线相比,SMA碟簧群的荷载-位移曲线呈现鲜明的“旗帜形”特性,具有明显的正向及反向转变平台。随着碟簧片数的增加,碟簧组的总可恢复变形量基本不变,极限承载力及割线刚度近似成比例增加,而随着碟簧组数的增加,碟簧群的总可恢复变形量增加,极限承载力不变,割线刚度近似成比例降低。因此,可根据碟簧群总极限承载力及变形能力的需要,灵活调整碟簧片及碟簧组的数量及布置方式。碟簧组的各层碟簧片由于边界条件不同,应力分布存在明显差异,而变形量亦呈现两端大中间小的哑铃形分布模式,其中加载端碟簧片变形量最大,若超过极限变形量可能发生翻转失效,值得注意。提出了SMA碟簧群的简化模型,通过简化及精细模型的非线性循环受压分析,发现该简化模型的循环受压荷载-位移曲线与精细模型吻合良好,而计算效率提高约38倍。将SMA碟簧群应用于自复位NZ梁柱节点中,并对自复位钢框架进行了验证性的滞回分析。结果表明:采用SMA碟簧群的自复位钢框架最大侧移为4%时可完全复位,且二次刚度相比采用预应力钢绞线的传统自复位钢框架提高近100%,极限承载力提高70%。

碳纤维再生混凝土循环受压性能及本构关系研究

为了研究循环荷载下碳纤维再生混凝土(CFRAC)的受压性能,以再生粗骨料取代率、碳纤维体积掺量和加载速率作为变化参数,设计并制作了40个圆柱体试件进行循环受压加载试验。试验观察了试件的破坏形态,获取了应力-应变曲线,分析了不同变化参数对峰值应力、峰值应变、塑性应变、刚度退化和应力退化等性能的影响规律。结果表明:碳纤维再生混凝土试件在循环荷载作用下主要发生脆性破坏;碳纤维改善了再生混凝土的循环受压性能,与未掺碳纤维混凝土相比,当碳纤维体积掺量为0.3%时,峰值应力和峰值应变分别提高了11.33%和12.22%;刚度退化与应力退化程度得到降低;当再生粗骨料取代率为100%时,峰值应力和峰值应变分别提高了10.16%和14.29%;最后,提出了碳纤维再生混凝土在循环受压下应力-应变本构方程。

循环受压状态下钢纤维混凝土一维弹塑性损伤本构模型研究

设计制作36个钢纤维混凝土试件,通过单轴循环受压试验,研究钢纤维混凝土循环受压性能,分析钢纤维特征参数对其影响,在此基础上,参考《混凝土结构设计规范》(GB 50010―2010),建立了钢纤维混凝土循环受压弹塑性损伤本构模型。结果表明:钢纤维混凝土试件在循环荷载下破坏特性呈现明显延性特征;钢纤维的掺入显著提高混凝土峰值强度,改善其延性及滞回能耗;钢纤维混凝土循环受压应力-应变曲线包络线与单调荷载下应力-应变曲线近似一致;相同卸载点应变时,混凝土累计塑性应变随钢纤维掺量增加而逐渐减小。该文提出的本构模型能较好地反映钢纤维混凝土在循环荷载下的应力-应变关系以及损伤演化过程,可为钢纤维混凝土的工程应用和相关规程的修订提供参考。

循环受压砼全过程声发射实验及其本构关系

本文根据在ＭＴＳ电液伺服试验系统上完成的不同应变控制加载工况的循环受压砼应力—应变全过程试验及相应声发射检测结果分析了受压砼全过程的声发射特性，然后利用损伤力学的等效应变假定建立了考虑不可逆效应的循环受压砼本构关系，该模型兼容理想弹性损伤本构模型和一般弹塑性本构模型。经比较，本文所建模型与实验结果吻合较好。

钢纤维橡胶混凝土的循环受压应力-应变关系

采用等强配合比优化设计来制备橡胶掺量0%~20.0%、钢纤维掺量0%~1.5%的12组钢纤维橡胶混凝土(SFR‑RuC)试件,并且通过单轴循环受压应力-应变全曲线试验分析其循环受压力学性能.结果表明:配合比优化设计后,在橡胶掺量为20.0%时可以得到与普通C60混凝土基本等强的SFR‑RuC;与普通混凝土、橡胶混凝土及钢纤维混凝土相比,SFR‑RuC的循环受压力学性能更优,破坏呈明显延性特征,延性和韧性更高,滞回耗能能力更强,塑性应变累积和刚度退化更缓慢;综合考虑橡胶及钢纤维掺量的影响,在试验数据基础上提出的SFR‑RuC单轴循环受压应力-应变关系模型,可以为SFR‑RuC结构的设计分析提供一定的理论基础.

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土等幅受压疲劳变形

对钢-聚丙烯混杂纤维混凝土(HFRC)开展单轴等幅循环受压疲劳变形试验,以探究应力水平对HFRC疲劳破坏形态、疲劳应力-应变曲线、疲劳耗能能力以及极限疲劳变形的影响规律.结果表明:HFRC的疲劳破坏形态为剪切破坏,具有延性破坏特征;HFRC的疲劳累积耗能和极限疲劳变形随着应力水平的降低而增加;建立了考虑存活率的HFRC应力水平-极限疲劳变形方程,能够定量描述HFRC在任意疲劳荷载作用下的极限变形.

聚丙烯纤维珊瑚海水混凝土循环受压试验及应力-应变本构关系

为研究聚丙烯纤维珊瑚海水混凝土(PPF/CAC)在循环受压荷载作用下的力学行为,以聚丙烯纤维体积分数和加载方式为变化参数,设计了20个圆柱体试件进行单轴受压及单轴循环受压试验。试验观察了PPF/CAC的破坏形态,获取了应力-应变全曲线及峰值应力-应变、塑性应变等重要指标,深入分析了PPF/CAC在单轴循环受压作用下的应力-应变行为和损伤演化。结果表明:与单调加载相比,循环加载试件的强度退化了1.21%~3.67%,聚丙烯纤维能有效延缓强度退化;聚丙烯纤维体积分数为0.15vol%时珊瑚混凝土的峰值应力和峰值应变增幅最大,分别为10.45%和6.45%,改性效果最好;此外,聚丙烯纤维体积分数的增加可显著降低塑性应变的积累,提高弹性刚度比。本文根据试验结果定义了滞回曲线的4个特征点:卸载点、公共点、残余点和终点,并建立了残余应变、公共点应变和终点应变与卸载应变的关系。最后,提出了PPF/CAC在循环荷载作用下的应力-应变本构方程和损伤本构模型,且基于损伤演化规律简化后的应力-应变本构方程可以有效地预测其在循环荷载作用下的应力-应变行为。

多组合混杂纤维改性再生混凝土循环受压性能试验

为研究多组合混杂纤维对再生混凝土(HFRAC)循环受压性能的影响规律,对84个试件进行单调受压试验和单调循环受压试验,分析了钢-碳纤维(SF-CF)、钢-玻璃纤维(SF-GF)、钢-聚丙烯纤维(SF-PF)和钢-聚乙烯醇纤维(SF-PVA)4种纤维组合和纤维体积掺量对循环受压性能的影响。结果表明:与普通再生混凝土相比,HFRAC的破坏形态为延性破坏;各组HFRAC试件在循环受压下的应力-应变曲线包络线与单调受压应力-应变曲线近似一致;与钢纤维再生混凝土相比,SF-GF混杂纤维和SF-PVA混杂纤维对塑性应变累积的抑制效果更好;掺入弹性模量较大的SF-CF混杂纤维对再生混凝土刚度退化率的增加和滞回耗能能力提高有显著作用,掺入1.0vol%SF+0.5vol%CF时再生混凝土的刚度退化率增加了43.4%。最后,在试验结果的基础上,建立了HFRAC单轴循环受压应力-应变关系全曲线方程,计算结果与试验结果吻合良好。

循环荷载作用下聚丙烯纤维再生混凝土受压性能试验研究

为研究循环荷载作用下聚丙烯纤维再生混凝土(PFRAC)的力学性能,以粗骨料取代率、纤维掺量、加载速率为变化参数,设计了78个圆柱体试件进行单轴循环受压试验。通过试验观察PFRAC的破坏形态,获取了应力-应变曲线、峰值应力、峰值应变、刚度退化等重要指标,研究了不同变化参数对其力学性能指标的影响规律,得到了循环荷载作用下聚丙烯纤维对再生混凝土的阻裂机理。结果表明:循环荷载作用下PFRAC主要发生斜向劈裂破坏;随着聚丙烯纤维掺量的增加,试件表面主裂缝宽度减小;循环荷载下PFRAC试件受压应力-应变曲线包络线与单调受压应力-应变曲线相似;聚丙烯纤维的加入可显著改善PFRAC循环荷载下的力学性能,随着纤维掺量的增加,峰值应力、弹性刚度比先增大后减小;纤维掺量为0.9%时的纤维改性效果最优,峰值应力和峰值刚度比分别提高了4.4%和7.4%。

自密实橡胶混凝土循环受压应力-应变关系

为研究自密实橡胶混凝土循环受压力学性能,以橡胶类型(橡胶粉、橡胶颗粒)和橡胶掺量(15%、20%、30%)为变化参数,设计7组(每组9个,共计63个)试件进行单调压缩和循环受压试验。试验结果表明:与单调压缩曲线相比,循环受压全曲线包络线的上升段略微下凹,表现出压实效应;橡胶掺量越大,试件延性破坏特征越明显,强度和刚度的降幅越大,峰值应变越延后;相比其他类型试件,掺入橡胶粉的试件循环受压力学性能更优,延性和耗能能力更强;橡胶掺量不超过20%时,掺入橡胶粉的试件塑性应变相对较大,但峰值前应力退化较快。在试验基础上,提出了自密实橡胶混凝土循环受压应力-应变关系模型,本文研究结果可为结构分析与设计提供参考。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土单轴循环受压应力-应变关系研究

为研究钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的力学行为,对48个混凝土试件进行了单轴循环受压试验,分析纤维种类、体积掺量和长径比等因素对受压应力-应变全曲线的影响。研究结果表明：混杂纤维混凝土试件循环受压破坏呈现明显的延性特征;混杂纤维的掺入可显著改善混凝土循环力学行为,表现为混凝土峰值应力高、延性好、滞回耗能能力强、性能退化程度低等;混杂纤维对混凝土塑性应变累积具有明显约束作用;与普通混凝土相比,混杂纤维混凝土的刚度退化较慢,受纤维特征参数的影响不明显;纤维对混凝土应力退化影响较小,可忽略不计。基于试验结果以及其他相关文献的试验数据,建立了钢-聚丙烯混杂纤维混凝土单轴循环受压应力-应变关系全曲线方程,计算结果与试验结果吻合良好。

钢–聚丙烯混杂纤维增强超高性能混凝土单轴循环受压力学性能

对钢-聚丙烯混杂纤维超高性能混凝土(SP-UHPC)开展受压力学性能研究,通过单调和循环受压加载试验,分析纤维种类、长径比和体积掺量对SP-UHPC关键力学性能指标的影响,并基于扫描电子显微镜结果揭示钢-聚丙烯混杂纤维增强机理。结果表明:钢-聚丙烯混杂纤维可以显著提高SP-UHPC受压力学性能;与未掺入纤维的UHPC相比,SP-UHPC表现出明显的延性破坏特征,峰值强度、峰值应变和韧性明显提高,刚度退化速率减缓。建立了SP-UHPC单轴循环受压应力-应变关系数学表达式,能够准确预测含有不同纤维特征参数的SP-UHPC在单轴受压条件下的力学响应。

基于纤维-骨料细观分布的自密实钢纤维混凝土单调和循环压缩性能研究

自密实钢纤维混凝土(SFRSCC)压缩性能表现和内部组分含量及分散状态均具有显著关联。为探究这种关联特性,定制不同组分配比的SFRSCC拌合物来浇筑制备棱柱体试块,并分别开展单调及循环压缩实验探索其压缩性能特性研究;随后截取每组试块的数个特征截面,采用粗骨料面积占比来描述粗骨料含量,将钢纤维含量及分散情况量化为Voronoi增韧面积统计值,并结合实测数据建立压缩力学特性和内部组分含量及分布特性之间的关联。参考上述关联特性,建立SFRSCC单调和循环压缩弹塑性损伤本构性能曲线方程。研究结果表明:粗骨料含量的增长提高了基体弹性模量和峰值强度,但骨料胶结难以抑制宏观裂缝的非稳定扩展;纤维数量的增加可减小钢纤维的增韧区域面积,从而能够延缓峰后塑性变形的累积,控制宏观裂缝生成,这种增韧效应和Voronoi增韧面积呈负相关,与增韧效率系数呈正相关;在自密实工艺下,钢纤维数量增加会抑制粗骨料含量的增长,需平衡Voronoi面积和粗骨料面积占比以满足增韧与增强需求。建立的SFRSCC单调和循环压缩弹塑性损伤本构性能曲线方程可实现不同组分分布下SFRSCC结构局部压缩性能的可靠分析。

循环荷载作用下钢纤维再生混凝土力学性能试验

为研究钢纤维再生混凝土在地震荷载作用下的力学行为,考虑了再生粗骨料取代率、钢纤维体积分数和加载速率3个变化参数,设计了52个圆柱体试件进行单轴循环受压试验。试验观察了钢纤维再生混凝土的破坏形态,获取了应力-应变全曲线及峰值应力、峰值应变、塑性应变等重要指标,深入分析了不同变化参数对其力学性能指标的影响规律。结果表明:循环荷载作用下钢纤维再生混凝土主要发生斜向劈裂破坏,随着钢纤维体积分数的增加,试件表面主裂缝宽度明显减小;钢纤维的掺入提高了再生混凝土的峰值应变和残余强度,但峰值应力有所下降;钢纤维体积分数为1.0vol%时再生混凝土峰值应力降低最小为5.9%,峰值应变增幅最大为15.9%,改性效果最好;采用了幂函数对归一化塑性应变与卸载点应变的关系进行了拟合,效果良好。最后,提出了钢纤维再生混凝土在循环受压作用下的应力-应变本构关系计算式。

碳纤维混凝土在恶劣环境中的变形破坏特性

为了研究碳纤维混凝土在恶劣环境中(硫酸盐侵蚀环境下)的变形破坏特性,制备了含碳纤维(质量为水泥质量的1.0%)的混凝土试件,开展了变幅循环受压试验。结果表明:随着干湿循环周期的增加,试件并不会立刻呈现明显的劣化的趋势,在干湿循环60次之前抵抗循环受压能力有所增加,之后开始下降,而在达到150次干湿循环后基本丧失抵抗变形破坏的能力;试件在循环荷载作用下的破坏是压密损伤和能量耗散逐渐积累的过程,而干湿循环周期的增加会逐渐增加耗散能转化率,最终改变了试件的储能机制。建立了基于累积残余应变且考虑初始损伤的损伤模型,该模型能够反映碳纤维混凝土在硫酸盐侵蚀环境下的损伤演化规律,具有一定的参考价值。