层布式钢纤维-聚丙烯腈纤维混凝土力学性能试验研究

通过力学性能对比试验 ,研究了层布式钢纤维和聚丙烯腈纤维的混杂应用对混凝土的力学性能的影响 ,结果表明 ,层布式钢纤维 -聚丙烯腈混杂纤维明显提高了混凝土的抗弯拉性能 。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土与变形钢筋黏结性能试验研究

通过51个钢-聚丙烯混杂纤维混凝土试件的中心拉拔试验,研究钢-聚丙烯混杂纤维混凝土与变形钢筋的黏结性能,分析钢纤维体积率、钢纤维长径比、聚丙烯纤维体积率和混凝土强度对黏结性能的影响,建立黏结本构关系。结果表明:对极限黏结强度的影响排序为,混凝土强度最大,钢纤维的体积率和长径比次之,聚丙烯纤维体积率最小;随着钢纤维体积率、钢纤维长径比和混凝土强度的增大,极限黏结强度分别提高18.4%、17.4%和50.5%,峰值滑移分别提高39%、38%和31%,聚丙烯纤维体积率的变化对极限黏结强度和峰值滑移没有明显影响;与钢纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土和普通混凝土相比,极限黏结强度相应提高5.3%、21.3%和18.2%,峰值滑移相应提高2.8%、36%和90%。提出黏结应力-滑移全曲线的数学表达式,可为钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的工程应用和《纤维混凝土结构技术规程》的修订提供参考。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土研究进展

由于钢-聚丙烯混杂纤维混凝土(SPFRC)更加优异的力学性能和更加合理的经济效果,使得它在桥梁、路面、机场跑道、大型隧道衬砌、大跨度结构等重大工程中拥有广阔的应用前景。目前对于SPFRC的研究主要集中在纤维的混杂效应、力学性能、抗爆裂性能以及耐久性方面。对于SPFRC的力学性能,国内外学者开展了大量的试验研究,基本得到共识:钢纤维与聚丙烯纤维混杂能提高混凝土的抗压、抗折与劈裂强度,并显著提高混凝土的抗裂性能和韧性。近年来对SPFRC力学性能的研究已由材料性能向构件性能研究发展,逐渐开展了SPFRC梁式构件和柱式构件的静力学与抗震性能试验研究,已有的结果显示钢与聚丙烯纤维混杂能大幅提高混凝土柱的抗震性能,以及混凝土梁的抗剪性能。另有研究表明钢-聚丙烯纤维混杂掺入能有效提高高温作用下混凝土的抗爆裂性能。关于SPFRC的耐久性方面主要涉及它的抗冻性能和抗渗性能,开展了一些单因素作用下SPFRC的耐久性研究,对于多因素复杂环境作用下SPFRC的耐久性研究鲜有涉及。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土与变形钢筋粘结破坏试验研究

为研究混杂纤维混凝土的力学特性,以纤维体积率和长径比为关键变量,采用单端中心拉拔试验方法,进行了钢-聚丙烯混杂纤维混凝土(SPHFRC)与带肋变形钢筋粘结破坏的试验研究,建立了粘结强度计算公式。试验结果表明:SPHFRC与变形钢筋之间的粘结强度与SPHFRC的强度正相关。相比于单掺钢纤维混凝土、单掺聚丙烯纤维混凝土和普通混凝土,SPHFRC的极限粘结强度相应提高9.2%、20.8%和26.2%;混杂纤维不仅提高了钢筋周围混凝土的抗拉强度,同时提供了侧向约束,在钢筋混凝土粘结破坏的全过程路径中均发挥着有利作用。本文提出的SPHFRC与变形钢筋粘结强度计算公式明确清晰,适用性良好,为促进混杂纤维钢筋混凝土的应用提供有益的探索。具有互补性的混杂纤维,在正混杂效应下,可有效提高混凝土的综合力学性能。本研究可为相应技术规程提供理论支持与试验依据。

钢-聚丙烯混杂纤维陶粒混凝土与钢筋黏结锚固性能试验研究

为了研究钢-聚丙烯混杂纤维陶粒混凝土与变形钢筋的黏结锚固性能,克服陶粒混凝土韧性差及其与钢筋黏结性能不佳的缺陷,对16组不同混杂比的钢纤维、聚丙烯纤维陶粒混凝土试件进行中心拉拔试验,得到混杂纤维掺量对陶粒混凝土与钢筋黏结破坏形态、黏结强度以及黏结滑移曲线的影响规律。采用能量法量化评价混杂纤维对黏结滑移的影响,利用试验数据计算得到钢-聚丙烯混杂纤维陶粒混凝土与钢筋的临界锚固长度。结果表明:钢-聚丙烯混杂纤维陶粒混凝土拉拔试件的破环形态为拔出破坏,延性较好;黏结滑移曲线具有完整的上升段和下降段,钢纤维和聚丙烯纤维混掺对黏结强度可产生正混杂效应,钢纤维对黏结性能的改善起主导作用,聚丙烯纤维次之;混杂纤维能大幅提升黏结滑移曲线的上升段及下降段能量吸收值,明显改善黏结韧性和变形能力;混杂纤维陶粒混凝土的临界锚固长度较未掺纤维时可减小23%;掺入钢-聚丙烯混杂纤维能显著改善陶粒混凝土与变形钢筋的锚固黏结性能,提高黏结延性,减小陶粒混凝土与变形钢筋的的锚固长度。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土静态压缩力学性能试验

进行3种混杂纤维混凝土(AS-CSHFRC、AS-PHFRC、CS-PHFRC)静态压缩试验,并同时设计素混凝土和单掺纤维混凝土作为对照试验。试验结果表明,混杂纤维的掺入在一定程度上提高了混凝土的静态抗压强度,且大多为正混杂效应;纤维类型和纤维掺量对HFRC力学性能产生较大的影响。钢纤维和聚丙烯纤维混杂作为最优纤维类型,当钢纤维掺量较低时,最优纤维类型是AS-PHFRC;当钢纤维掺量较高时,最优纤维类型是CS-PHFRC。对于AS-CSHFRC,若考虑经济因素,单掺1.5%ASF为最佳纤维掺量,若考虑工程强度,则1%ASF、1%CSF为最佳纤维掺量;对于AS-PHFRC和CS-PHFRC,最佳纤维掺量为0.2%PF、1.5%ASF、0.2%PF、1.5%CSF。

混杂钢-聚丙烯纤维混凝土的试验研究与强度计算

为探究混杂钢-聚丙烯纤维混凝土力学性能,基于复合材料强度理论,在试验研究的基础上,对混凝土强度对比试验结果进行数值分析,并根据试验结果规律,给出了混杂钢-聚丙烯纤维混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和轴心抗拉强度的计算式,以及各强度间的关系。通过数理统计方法分析研究了混杂纤维混凝土中纤维体积率、长径比对强度的影响,确定了计算模式中的待定参数。从强度计算式中不同纤维对应的影响系数可以看出,对混杂钢-聚丙烯纤维混凝土的强度起决定作用的是钢纤维的体积率和长径比;混杂钢-聚丙烯纤维混凝土的强度计算式与关系式拟合效果良好,可为同行业研究者们和工程应用提供参考。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土受拉性能试验研究

为了探讨钢-聚丙烯混杂纤维对混凝土试件轴向拉伸力学性能的影响,以钢纤维体积掺量为1%、1.5%、2%,聚丙烯纤维体积掺量为0.1%、0.15%、0.2%,设计了9组钢纤维和聚丙烯纤维混杂试件,开展配筋钢-聚丙烯混杂纤维混凝土受拉性能试验。结果表明:钢-聚丙烯混杂纤维有利于提高混凝土抗拉强度,混杂纤维体积掺量是影响抗拉强度和峰值应变的重要因素,钢纤维体积掺量1.5%和聚丙烯纤维体积掺量0.15%混杂对混凝土受拉性能改善效果较好。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土碳化性能试验研究

通过开展混凝土的碳化性能试验,改变钢纤维和聚丙烯纤维的体积含量,在不同碳化龄期下对钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的抗碳化性能进行了研究,分析并得出了钢-聚丙烯混杂纤维对混凝土抗碳化性能的增强机理,以及两种不同种类纤维的体积掺量、混凝土强度、碳化龄期和二氧化碳浓度对混凝土碳化深度的影响,提出了钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的碳化深度计算公式。

钢-聚丙烯混杂纤维增强超高性能混凝土强度试验研究

考虑钢纤维体积率、聚丙烯纤维体积率和长径比三种因素,设计并制作了171个超高性能混凝土试块,进行立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度试验,分析纤维特征参数对超高性能混凝土强度的影响规律。结果表明,掺入钢-聚丙烯混杂纤维后,超高性能混凝土的立方体抗压强度可提高36.3%,轴心抗压强度可提高31.9%,劈裂抗拉强度可提高539%;混杂纤维最佳配比为,钢纤维体积率1.50%、聚丙烯纤维长径比167、体积率0.10%;基于试验结果建立了考虑纤维参数的超高性能混凝土立方体抗压强度预测模型,提出了超高性能混凝土轴心抗压强度、劈裂抗拉强度与立方体抗压强度的关系式。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土单轴受压疲劳寿命研究

考虑钢纤维体积掺量及长径比、聚丙烯纤维体积掺量及长径比、应力水平5个因素,设计制作36组混凝土试件,通过单轴等幅疲劳受压试验研究钢聚丙烯混杂纤维混凝土(HFRC)的疲劳寿命。基于疲劳试验数据,分析HFRC疲劳受压全过程,探讨纤维特征参数对混凝土试件疲劳寿命的影响规律,建立考虑纤维特征参数的P-S-N疲劳方程。研究结果表明,HFRC在疲劳荷载作用下的破坏形态为剪切破坏,呈现出延性特征;HFRC疲劳变形发展可分为三个阶段:快速增长阶段、稳定发展阶段、疲劳破坏阶段;混杂纤维在提高混凝土疲劳寿命方面优于钢纤维或聚丙烯纤维,体现出正混杂效应;文章提出的疲劳方程与文献中试验结果吻合较好,能够真实地预测HFRC的疲劳寿命。研究成果可为今后混杂纤维混凝土结构抗疲劳设计提供参考。

钢-聚丙烯混杂纤维超高性能混凝土受压细观数值模拟

为深入研究钢-聚丙烯混杂纤维超高性能混凝土(hybrid fiber reinforced ultra-high performance concrete,HFR-UHPC)受压力学性能及纤维增强机理,本文利用ABAQUS软件建立了HFR-UHPC三维细观数值模型,对其轴心受压过程进行了数值模拟。通过对比轴心受压试验结果,验证了模型的合理性。在此基础上,拓展分析纤维掺量、长径比等参数对超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)受压特性的影响,进一步分析压力作用下纤维增强机理。结果表明:随着钢纤维体积掺量增加,超高性能混凝土损伤发展变缓,单轴受压峰值强度略有提高,峰后延性明显增加;钢纤维长径比对超高性能混凝土受压应力-应变曲线的影响较小,但是更长的纤维更好地发挥了阻裂作用;在超高性能混凝土单轴受压过程中,钢纤维在峰值点前主要发挥骨架作用,在峰值点后主要发挥阻裂作用。

不同分布形式下钢-聚丙烯纤维混凝土力学性能试验

拟以聚丙烯混凝土为基体,采用钢纤维不同分布形式配制钢-聚丙烯混凝土进行力学性能对比试验,分析钢-聚丙烯纤维混杂混凝土的力学性能与破坏形式。结果表明,双层层布式施工工艺钢-聚丙烯混凝土强度优于单层层布式和混杂分布钢-聚丙烯混凝土;当双层钢纤维掺量在1.2kg/m2层时,层布式钢纤维混凝土的抗压、抗拉和抗折强度比聚丙烯混凝土分别提高了5.8%、15.3%和16.7%。根据混凝土试件的破坏特征和纤维不同取向的效率系数,在考虑同条件经济用量前提下,层布式对混凝土抗折和抗拉强度有所增强,尤其是受载破坏后保持混凝土基体的整体性有重要作用。

层布式混杂纤维混凝土抗压及抗拉性能试验研究

层布式混杂纤维混凝土(LHFRC)作为新型复合材料受到越来越多的重视。将钢纤维分两层均匀撒布于试件距上下表面大约20 mm的层面内,而聚丙烯纤维掺杂在整个混凝土中。据此通过试验来对比层布式钢-聚丙烯混杂纤维混凝土、素混凝土(C)、层布式钢纤维混凝土(LSFRC)及聚丙烯纤维混凝土(PFRC)的立方体抗压、劈裂抗拉性能,研究聚丙烯纤维与层布式钢纤维对混凝土力学性能的影响。通过对比四种材料的抗压和抗拉性能,可为层布式混杂纤维的增强机理研究提供基础。

剪跨比对钢-聚丙烯混杂纤维混凝土剪力墙抗震性能影响研究

剪力墙作为高层建筑结构重要的抗侧力构件,其抗震性能将影响着高层建筑结构的安全性。为了研究剪跨比对钢-聚丙烯混杂纤维混凝土剪力墙抗震性能的影响,利用有限元软ABAQUS建立了剪跨比λ为1.1、1.6、2.1的钢-聚丙烯混杂纤维混凝土剪力墙数值模型,分析了剪力墙在低周往复荷载作用下的破坏形态、耗能能力、刚度退化、延性及承载力,并与试验结果做对比。结果表明:模拟结果与试验结果吻合度较高,所建的数值模型能够较好的表征钢-聚丙烯混杂纤维混凝土剪力墙的抗震性能;随着剪跨比的增大,墙体的破坏形态由弯剪破坏变为了剪切破坏,耗能能力和承载力逐渐减小;当剪跨比λ=1.6时,钢-聚丙烯混杂纤维混凝土剪力墙的初始刚度最大,刚度退化速率最快,延性最好。

钢-聚丙烯纤维粉末混凝土碳化试验研究

对钢纤维、聚丙烯纤维以及钢-聚丙烯混杂纤维粉末混凝土的碳化性能及抗压强度展开了试验研究。分析了不同体积掺加率纤维对粉末混凝土碳化深度的影响,同时,探讨了纤维改善混凝土碳化性能的机理。结果表明:纤维的加入,对粉末混凝土碳化性能有不同程度的改善,其改善作用的优劣次序依次为混杂纤维系列、聚丙烯纤维系列、钢纤维系列,而对抗压强度影响不大。纤维粉末混凝土的波速随纤维体积掺加率的增加而增大。碳化龄期相同时,碳化深度随波速呈较为显著的线性递减关系。依据线性回归的方法获得了以波速、碳化龄期为变量的碳化深度计算公式。纤维通过提高粉末混凝土的抗渗性与抗裂性而改善其碳化性能。

平板法研究层布式混杂纤维混凝土早期抗裂性能

试验通过平板约束试验研究粉煤灰混凝土、聚丙烯纤维混凝土、层布式钢纤维混凝土、层布式混杂纤维混凝土的早期抗裂性能,结果表明:聚丙烯纤维混凝土的最大裂缝宽度比粉煤灰混凝土减小了40%,裂缝总长度减小了25.55%,裂缝降低系数为56.56%,抗裂等级达到二级;层布式钢纤维混凝土的最大裂缝宽度比粉煤灰混凝土减小了26.7%,裂缝总长度减小了26.5%,裂缝降低系数为43.24%,抗裂等级达到三级;层布式混杂纤维混凝土的最大裂缝宽度比粉煤灰混凝土减小了67.69%,裂缝总长度减小了78.26%,裂缝降低系数为93.07%,抗裂等级达到一级。层布式混杂纤维混凝土的抗裂效果最好。

层布式纤维混凝土弯拉特性分析

试验研究了相同配合比下素混凝土、层布式钢纤维混凝土和层布式混杂纤维混凝土弯拉性能,采集三者试件荷载-挠度曲线和90天龄期的极限荷载,并对比三者的28天龄期及90天龄期的弯拉强度,分析其弯拉强度增强机理,得出由于聚丙烯腈纤维和钢纤维的双重阻裂效应,使层布式混杂纤维混凝土的弯拉强度比素混凝土和层布式钢纤维混凝土的弯拉强度更高。

基于ABAQUS的钢-聚丙烯混杂纤维混凝土损伤塑性本构模型取值方法研究

该文基于ABAQUS有限元软件中的混凝土损伤塑性模型(CDPM),研究钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的CDPM本构参数的取值方法,包括屈服面函数、塑性势能函数中参数的确定,以及单轴应力-应变关系的定义,并分析不同CDPM本构参数对数值结果的影响。通过对纤维混凝土材料的典型多轴加载力学行为以及混杂纤维混凝土柱构件的抗震性能进行了数值模拟并与文献试验结果进行对比,验证该取值方法的合理性及适用性。结果表明,采用CDPM并选择适当的本构参数能够准确地描述钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的非线性力学行为,该方法能够为纤维混凝土结构在复杂荷载状态下的精细化设计与分析提供参考。

低周反复荷载下混杂纤维混凝土柱抗剪承载力研究

通过低周反复荷载试验,研究了钢纤维混凝土、钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱的破坏现象、破坏形态,分析了纤维掺量对抗剪承载力的影响规律;利用桁架+拱的模型理论推导了钢纤维混凝土柱在低周反复荷载作用下的抗剪承载力计算公式,并将试验值与理论计算值进行了比较。结果表明:钢纤维混凝土柱呈现弯曲破坏、钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱呈现弯剪破坏;掺量为1.0%、1.5%、2.0%的三种钢纤维混凝土柱的抗剪承载力比基准混凝土分别提高14.10%、19.87%和12.18%;钢纤维掺量为1.0%、1.5%、2.0%,聚丙烯纤维掺量均为0.1%的三种混杂纤维混凝土柱的抗剪承载力比基准混凝土分别提高19.23%、23.72%、16.03%;抗剪承载力试验值与理论推导计算值有较好的一致性和适用性。