在疲劳荷载作用下钢纤维增强高强混凝土特种轨枕的阻裂效应

在预应力混凝土轨枕的基础上,为适应高速重载列车的行驶及特殊部位复杂应力的要求,本文采用纤维型与颗粒型复合增强技术,分别在其中掺加1～1.2%的钢纤维与15%硅灰复合增强预应力高强混凝土轨枕.系统测试了在不同荷载作用下,当疲劳次数从0到200万次时各类轨枕在不同疲劳荷载和不同疲劳次数下裂缝的数量、宽度和高度的变化规律,充分揭示了钢纤维对混凝土优异的阻裂效应,硅灰对混凝土内部结构的细化及界面结构的改善,共同减少与缩小了裂缝源的数量与尺度,并进一步提高了钢纤维的阻裂效应,使得该类轨枕可以带裂缝工作;在抗疲劳性能不变的情况下.当1～1.2%钢纤维和15%硅灰复合掺入时可节省50%的预应力钢筋.

钢纤维高强混凝土二桩承台受力特性有限元分析

为进一步研究钢纤维高强混凝土二桩承台内部传力机理,在钢纤维高强混凝土二桩承台模型试验的基础上,考虑混凝土塑性损伤模型(CDP),利用ABAQUS进行钢纤维高强混凝土二桩承台的受力特性分析,并与试验结果对比,阐明竖直荷载作用下承台的破坏形态、开裂荷载和极限荷载,以及承台钢筋和混凝土的应力变化特征,并在此基础上探究承台的传力机理。结果表明:二桩承台破坏形态的有限元分析结果与承台试验结果吻合较好;随着承台厚度和钢纤维体积率的增加,二桩承台承载力显著提高;选用合适的配筋率和钢纤维高强混凝土可有效提高承台承载力;钢纤维高强混凝土二桩承台传力机理符合“拉杆拱”模型。

超高性能钢纤维增强混凝土腐蚀损伤的CT观察

【目的】为探究混凝土因钢纤维腐蚀引发的损伤行为,采用X射线计算机断层扫描技术对UHPSFRC试样的通电加速腐蚀过程进行无损测试。【方法】通过高分辨率的三维重建,对试样腐蚀损伤过程及分布特征进行可视化表征与定量分析。【结果】结果表明:钢纤维腐蚀造成UHPSFRC混凝土保护层发生由外到内的腐蚀损伤。随着通电时间的增加,钢纤维腐蚀速率加快,初始损伤区域的损伤程度加重。【结论】研究认为,X-CT可以作为研究钢纤维腐蚀及腐蚀诱导混凝土保护层损伤的有力工具,且具有较高的适用度与准确性。

UHPC中钢纤维的增强机理:一种新的断裂相场模型

超高性能混凝土(UHPC)是一种具有巨大潜力的复合材料。为了降低UHPC的成本并获得更好的性能,有必要研究钢纤维在UHPC中的增强机理,实践中也需要一个有效的数值模型来促进UHPC的应用。钢纤维从UHPC中拔出时会产生新的裂纹面,进而需要消耗更多的能量。基于此,推导了新裂纹及其裂纹表面能的公式,提出了一种考虑钢纤维与UHPC基体之间界面断裂能的断裂相场模型。利用该模型,对含钢纤维的三维UHPC试样进行了单轴拉伸数值模拟;开展对比实验验证了所提模型的正确性。结果表明,模拟结果与实验结果吻合较好。通过分析不同试样的新裂纹面与拉伸强度间的关系,发现UHPC的抗拉强度和残余强度随钢纤维体积含量的增加而增加,随钢纤维直径的增加而降低。进一步分析发现,UHPC的抗拉强度与钢纤维的侧表面积成正比。理论分析、数值模拟和实验表明,钢纤维在UHPC中的增强机理为:钢纤维的加入使UHPC基体与钢纤维在断裂过程中产生了一些新的裂纹,这些新裂纹消耗了更多的能量。本文研究工作可为UHPC的性能设计和开发有效的UHPC数值模型提供理论依据。

墩粗钢筋在高强钢纤维混凝土中的黏结锚固性能

为探究墩粗钢筋与高强钢纤维混凝土之间的黏结锚固性能,以黏结长度、保护层厚度和钢筋类型为试验变量,开展拔出试验.通过黏结-滑移曲线、破坏模式、黏结强度及峰值滑移等分析墩粗钢筋-高强钢纤维混凝土的黏结-滑移性能.结果表明:混凝土的黏结强度随着黏结长度的增加而降低,且对墩粗钢筋试件的影响更明显;提高保护层厚度可以提升黏结性能,但作用有限;钢筋进行墩粗处理可以有效提高钢筋与混凝土之间的黏结强度,显著降低峰值滑移,改变破坏模式.基于试验数据,建立了混凝土的黏结-滑移关系.

钢纤维增强混凝土细观压缩断裂模拟与性能分析

韧性城市构筑需要更多高强、高韧的混凝土基础设施,现有钢纤维增强混凝土(SFRC)细观力学模型与断裂性能模拟研究仍存在挑战。本文借助Python软件对Abaqus前处理二次开发,建立了SFRC三维细观模型,全局插入内聚力单元模拟骨料与混凝土基体之间的界面,研究钢纤维体积率V_(SF)、混凝土基体强度、骨料粒径对SFRC单轴压缩断裂性能的影响。结果表明:V_(SF)在0%~2.0%时,V_(SF)越大,SFRC抗裂性能越好,且残余应力更大;V_(SF)为2.0%时,SFRC应力较未加入钢纤维混凝土提高了60.64%;当基体强度增加时,SFRC的韧性也随之提高,C60、C80混凝土所对应的最大应力值与C40混凝土相比分别提高了66.48%、91.39%,SFRC的应力-步长曲线在弹性阶段变得更陡峭;骨料粒径在5~7 mm时,随着骨料粒径的增加,SFRC的抗裂性能显著增强。显然将分散、不定向的韧性钢纤维加入脆性混凝土基体中可有效增强混凝土设施的抗震韧性和抗裂性能。

型钢-钢纤维高强混凝土柱抗震性能试验研究

为改善高强混凝土的脆性,提升型钢高强混凝土柱的抗震性能,采用钢纤维混凝土制备型钢高强混凝土柱试件,开展型钢-钢纤维高强混凝土柱的低周往复加载试验,观察试件的破坏过程和形态,基于荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及强度衰减分析钢纤维掺量对试件变形能力、承载力、延性等抗震性能的影响。结果表明:钢纤维体积分数在0~2.0%范围内,不同钢纤维掺量的试件均发生弯曲破坏,但钢纤维的掺入可延缓裂缝发展,有效防止混凝土大面积脱落;加入钢纤维,试件的滞回曲线更饱满,耗能能力显著提升,承载力提高了13%~21%,钢纤维体积分数为1.0%时提高最明显;随钢纤维掺量的增加,试件的延性和变形能力得到改善,钢纤维体积分数为2.0%时延性系数达5.34,强度衰减缓慢,控制位移增大,在变形较大的情况下,试件的强度衰减从28%降为16%。钢纤维的增韧效果能显著提升型钢混凝土组合结构的抗震性能。

钢纤维增强聚合物改性高强混凝土断裂韧性的试验研究

为研究混凝土材料的抗裂性能,针对新型桥梁建筑材料———钢纤维增强聚合物改性高强混凝土(SFRPMHC),基于边界效应模型,提出用不同边界条件试件确定无尺寸效应断裂韧性的测试方法,并通过6组不同钢纤维及聚合物含量、3种不同缝高比的预制开口试件的验证,研究了材料组份对断裂韧性的影响规律.结果表明直接由试验确定的名义断裂韧性仍有尺寸效应,边界效应模型可较好描述这一规律;随钢纤维含量的增加,混凝土抗压、抗拉强度及失稳断裂韧性均线性增大,而起裂断裂韧性提高不明显;聚合物含量越大,材料抗压强度和断裂韧性也略有增大.

膨胀剂与钢纤维协同增强高强轻骨料混凝土研究

本文采用页岩陶粒轻骨料,配制出28d抗压强度为64.6MPa的高强轻骨料混凝土,并研究膨胀剂和弓形钢纤维增强该混凝土的效果。试验结果表明,在带模养护条件下,膨胀剂在一定掺量内可小幅增强该混凝土;而钢纤维可明显增强该混凝土,且随体积掺量的提高而效果显著;在同时掺入膨胀剂和钢纤维时,可产生协同增效效果,使该混凝土的抗压、抗折及劈裂抗拉强度均有更显著的增长。

钢纤维增强橡胶高强混凝土受力状态下超声波传播特性研究

利用混凝土超声波检测技术,对三种不同钢纤维掺量的钢纤维增强橡胶高强混凝土试件进行在单轴受压状态下的超声波测试和抗压强度试验,分析钢纤维掺量对超声声速的影响及钢纤维增强橡胶高强混凝土在受力状态下超声声速的变化规律,为利用超声波检测技术对钢纤维增强橡胶高强混凝土的强度测试提供技术参考。

钢纤维增强混凝土在建筑工程中的应用研究

本文介绍了典型的钢纤维材料,以及钢纤维增强作用机理。分析了钢纤维增强混凝土对比普通混凝土的性能优势,并概括了钢纤维增强混凝土的常规力学性能。对钢纤维在建筑中已有应用进行了分类概括,并展望了钢纤维材料在建筑工程领域的应用前景。

钢纤维对高强轻骨料混凝土的增强效果研究

本文采用粉煤灰陶粒和页岩陶粒两种轻骨料,配制成28d抗压强度分别为58.9MPa和64.6MPa的高强轻骨料混凝土。并采用弓形钢纤维增强这两种轻骨料混凝土,试验结果表明,随着钢纤维体积掺量的提高,这两种轻骨料混凝土的抗压、抗折及劈裂抗拉强度均有不同程度的提高,但以劈裂抗拉强度提高幅度最大。

钢纤维增强橡胶高强混凝土抗拉强度试验研究

按照普通混凝土力学性能试验方法和钢纤维混凝土试验方法的要求,比较了钢纤维橡胶高强混凝土在立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和拉压比等力学性能方面与高强混凝土和橡胶高强混凝土的差别,得出钢纤维的掺入能有效提高橡胶高强混凝土的抗拉强度和拉压比的结论,为其工程应用提供试验数据。

钢纤维局部增强高强混凝土框架边节点抗震性能试验研究

通过3个钢纤维局部增强框架边节点的低周反复加载试验,探讨了柱端轴压比对钢纤维高强混凝土框架边节点抗震性能的影响。结果表明:随着柱端轴压比的增加,其对节点核心区混凝土的约束作用逐渐增大,减缓了抗剪承载力和刚度的退化,限制了节点核心区剪切变形,提高了节点核心区的抗剪承载力、延性和耗能能力。

钢纤维部分增强高强混凝土梁的疲劳变形性能

通过普通高强混凝土梁和钢纤维高强混凝土梁的疲劳试验,分析了疲劳荷载作用下钢纤维部分增强高强混凝土梁挠度随循环次数增加的变化规律,探讨了钢纤维掺入层厚对钢纤维高强混凝土梁变形性能的影响,研究了钢纤维部分增强高强混凝土梁刚度及挠度的计算方法,并提出了相应的计算公式。结果表明,在高强混凝土梁中掺加钢纤维能有效控制梁的刚度,疲劳变形性能随着钢纤维混凝土层厚的增加而提高,计算结果与试验测量结果吻合较好。

部分钢纤维增强高强混凝土剪力墙正截面承载力计算

在3片剪跨比为2.03的高强混凝土剪力墙试件低周反复加载试验的基础上,对比研究了未掺加钢纤维、仅边缘构件增强以及整体增强3种不同情况下构件的破坏模式、滞回性能和承载力情况.结果表明3片剪力墙均呈现受弯破坏模式,钢纤维增强后的剪力墙滞回曲线和极限荷载均高于普通高强混凝土,但两者相差不大.在此基础上,采用ABAQUS程序研究了钢纤维掺加宽度比例、纤维体积率、轴压比等参数对该构件正截面承载力的影响,提出了考虑钢纤维掺加宽度比例、钢纤维体积率、轴压比等因素的部分钢纤维增强高强混凝土剪力墙正截面承载力计算公式.将此公式计算结果与已有试验数据进行对比,平均误差为3.9%,证明了该公式的可靠性,可为部分钢纤维增强高强混凝土剪力墙正截面承载力计算提供依据.

钢纤维增强高强轻骨料混凝土的力学性能

为提高高强轻骨料混凝土(HLAC)的强度和韧性,在HLAC中分别掺入体积分数为0.5%~2.0%的微细型、端钩型、波纹型钢纤维,研究了钢纤维类型及其体积分数对钢纤维增强高强轻骨料混凝土(SFHLAC)的抗压、劈裂抗拉、抗折和抗剪强度等力学性能的影响,分析了SFHLAC的韧度因子和承载力变化系数等材料韧性指标的变化特点.结果表明:除体积分数为2.0%的波纹型钢纤维增强高强轻骨料混凝土外,SFHLAC的力学强度和韧性指标均随着钢纤维体积分数的增大而增大;微细型钢纤维对HLAC的增强增韧效果最好,端钩型钢纤维对HLAC抗折强度的提高效果与微细型钢纤维接近,但对其他力学强度和韧性的改善均不如微细型钢纤维,波纹型钢纤维对HLAC的增强增韧效果均较差;综合考虑新拌混合料工作性能后,给出了3种典型钢纤维的工程应用建议体积分数.

钢纤维外形对高强混凝土增强作用的影响研究

在掺磨细矿渣的高强混凝土中掺入不同外形的钢纤维配制出钢纤维高强混凝土;对不同外形钢纤维高强混凝土的力学性能进行了较全面的对比研究与分析 根据试验结果指出:出于提高增强效应的目的,采用增大钢纤维两个端部的改进方法较之改变钢纤维的轴线形状和变截面更有效;文献[5]中由基体混凝土强度预测钢纤维混凝土强度的公式,不再适用于描述钢纤维对高强与超高强混凝土的增强规律,基体混凝土强度对钢纤维增强效应的影响应重新进行研讨 还建议了应根据不同的用途和增强目的来选择钢纤维,以达到最理想的增强效果 表1。

钢纤维预应力高强混凝土管桩试验研究

为提高预应力高强混凝土管桩的韧性和抗弯承载力,通过不同钢纤维体积掺量对C80管桩混凝土工作性能和力学性能影响的试验研究,确定最佳配合比。然后基于最佳配合比进行钢纤维高强混凝土管桩试制和足尺抗弯力学性能试验,并与未掺加钢纤维的高强混凝土管桩对比分析。结果表明:采用该配方制备的钢纤维高强混凝土管桩的外观质量、桩身强度等均符合相关规范要求。钢纤维增强的混凝土管桩抗弯承载力明显提高,破坏特征和延性性能得到显著改善。

废旧钢纤维增强橡胶混凝土力学性能试验研究

为了改善由橡胶颗粒加入混凝土中引起的强度损失,在三种强度的橡胶混凝土(RC)中加入体积掺量为0.5%~2.0%的废旧钢纤维增强RC的力学性能,分别测试了各废旧钢纤维增强橡胶混凝土(SSFRC)在28 d的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、四点抗折强度与轴心抗压强度。引入拉压比、折压比与韧性指数对SSFRC的韧性进行评价,结合宏观试验数据和SEM分析废旧钢纤维对RC力学性能的增强增韧机理。结果表明:橡胶的加入会降低不同基体强度混凝土的各力学性能;不同基体强度的SSFRC的各力学强度随着钢纤维掺量的增加呈先增加后下降的趋势,抗压强度在钢纤维掺量为1.0%时达到峰值,抗拉和抗折强度在钢纤维体积掺量为1.5%时达到峰值;钢纤维可在一定掺量下与橡胶颗粒协同作用进一步增加RC的韧性;废旧钢纤维-基体界面过渡区的微观形貌表明废旧钢纤维局部也发生了水化反应。综上,在橡胶体积掺量为10%、废旧钢纤维体积掺量为1.5%时,SSFRC的各力学强度增强效果最好,且韧性最佳。