钢-聚乙烯醇混杂纤维混凝土单轴受力应力-应变曲线研究

既有研究表明,在混凝土基体中同时加入钢(S)纤维和聚乙烯醇(PVA)纤维,形成S-PVA混杂纤维混凝土,可以显著提升混凝土的综合性能。在此基础上,依据钢纤维、PVA纤维长度和掺量的不同,设计了17组试验组,完成了单轴受力全过程试验。根据试验结果,定量分析了钢纤维、PVA纤维对于改善混凝土弹性模量、材料韧性、抗拉抗压强度及其峰值应变的影响;提出了实用的S-PVA混杂纤维混凝土单轴受拉和受压应力-应变曲线数学表达式。提出的计算公式与试验结果吻合较好,可以为混杂纤维混凝土结构的设计和非线性分析提供理论基础。

钢-聚乙烯醇混杂纤维混凝土剪力墙抗震性能试验研究

本文设计了1片普通混凝土剪力墙试件和5片混杂纤维混凝土剪力墙试件,进行低周往复加载试验,研究混杂纤维混凝土分布位置和高度对剪力墙抗震性能的影响。根据拟静力试验数据,分析了墙体试件的滞回曲线、骨架曲线及关键点、位移延性、刚度退化性能、耗能能力以及关键位置钢筋应力应变分布情况。结果表明:(1)剪力墙试件中采用混杂纤维混凝土的区域以均匀的水平裂缝为主,有效控制了剪力墙的斜裂缝的产生,最终表现出弯曲破坏模式。(2)相比混杂纤维混凝土分布在约束边缘区域,混杂纤维混凝土分布在底部的试件滞回曲线更加饱满,耗能能力更好。(3)混杂纤维混凝土分布高度越高,滞回曲线越饱满。当分布高度大于0.3h(h为全长)时,混杂纤维混凝土分布高度的提升对承载能力和变形能力的影响较小。(4)混杂纤维混凝土的掺入提高了剪力墙的抗剪性能,在一定程度上可替代水平分布筋。

结构型钢纤维对盐-冻融耦合作用下混凝土损伤的影响

为探究钢纤维在氯盐侵蚀与冻融循环耦合作用下对混凝土损伤的影响,对多组不同钢纤维掺量的混凝土试件进行快速盐-冻融循环试验。利用超声波法和激光扫描法分析不同掺量盐-冻融后混凝土损伤的效应,通过分析超声波速变化得到混凝土的盐-冻融损伤度D,并建立D与盐-冻融循环次数n之间的韦布尔分布;利用混凝土表面的粗糙度表征混凝土表面损伤,并研究了不同掺量钢纤维混凝土试件表面在盐-冻融循环作用后粗糙度变化率ΔR的作用,以及ΔR与D的函数关系。结果表明:混凝土盐-冻融损伤随着钢纤维掺量的增加而减小;基于超声波法建立的损伤度D与盐-冻融循环次数之间较好地满足两参数韦布尔分布,决定系数大于0.95;混凝土试件损伤度D随粗糙度变化率ΔR的变化规律满足指数函数关系,决定系数大于0.80。

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。

钢-聚乙烯醇混杂纤维对自密实混凝土梁抗剪性能的影响

通过设置不同的纤维体积掺量、混杂比和箍筋间距,对钢(SF)-聚乙烯醇(PVA)混杂纤维自密实混凝土梁的抗剪性能进行了试验研究。试验结果表明,在混凝土梁中掺加SF或PVA纤维能有效抑制梁裂缝的产生和扩展,并提高梁的抗剪承载力;箍筋间距为150 mm、体积掺加率为1%且SF-PVA纤维的混杂比为1∶1的试件开裂荷载值和抗剪承载力最大;在纤维混杂比和体积掺量相同的情况下,减小箍筋间距能明显提升梁的极限荷载值,但对梁开裂荷载值影响不大。并以SF体积掺量、PVA纤维体积掺量以及箍筋间距为输入层,极限剪力为输出层,建立了BP神经网络强度预测模型,并对极限剪力进行拟合,预测结果较准确。

基于改进简化拉-压杆模型的钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力计算方法

在简化拉-压杆模型(Simplified softened strut-and-tie model,SSSTM)基础上,考虑轴压比对混凝土斜压杆倾角的影响,修正斜压杆倾角计算公式,并基于剪滞模型,考虑裂缝面纤维数量及纤维取向特性,建立裂缝面单位面积纤维拉应力计算公式,从而提出适用于钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力计算的改进简化拉-压杆模型(Modified simplified softened strut-and-tie model,MSSSTM).采用MSSSTM模型、SSSTM模型对36个钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力进行计算.结果表明:MSSSTM模型、SSSTM模型的试验值与计算值之比的平均值分别为1.01、1.05,变异系数分别为0.04、0.09;按照MSSSTM模型计算得到的钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力试验值与计算值吻合较好,离散性较小,且该模型亦能较合理地反映轴压比、混凝土强度等对节点受剪承载力的影响.

玄武岩-聚乙烯醇混杂纤维水泥基材料的耐久性研究

确定了玄武岩-聚乙烯醇混杂纤维水泥基材料的最优配合比,将玄武岩-聚乙烯醇混杂纤维水泥基材料与普通C40混凝土在相同条件下进行耐久性对比实验。结果表明,玄武岩-聚乙烯醇混杂纤维水泥基材料在300次冻融循环后,质量损失不到1.5%,而在不到150次冻融循环中,普通C40混凝土的质量损失已接近5%;混杂纤维水泥基材料28和56 d的渗透系数为普通C40混凝土的53%和26%,混杂纤维水泥基材料具有较强的抗渗透能力,抗渗性随着龄期增长逐渐增强;碳化时间<28 d时,混杂纤维水泥基材料的碳化深度大于普通C40混凝土,但碳化时间56 d时,混杂纤维水泥基材料的碳化深度为普通C40混凝土的90%;混杂纤维水泥基材料28和56 d的电通量分别为普通C40混凝土的65%和49%,混杂纤维水泥基材料的抗氯离子性能明显高于普通C40混凝土。玄武岩-聚乙烯醇混杂纤维水泥基材料的各项耐久性指标均优于普通C40混凝土。

钢-聚甲醛混杂纤维混凝土的力学性能和韧性研究

研究了分别单掺和混掺不同掺量和长度的钢纤维和聚甲醛(POM)纤维对混凝土力学性能和韧性的影响,并进行了SEM分析。结果表明:单掺POM纤维对混凝土的抗压强度不利,但采用合适掺量和长度的POM纤维能有效提高混凝土的劈裂抗拉强度;单掺0.50%~1.50%的钢纤维能有效提高混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度;与单掺1.50%的钢纤维相比,混掺适量钢纤维和POM纤维能进一步提高混凝土的力学性能和韧性,推荐钢纤维和POM纤维的混掺比例为5∶1。

钢-聚乙烯醇纤维混凝土与钢筋粘结性能研究

通过钢-聚乙烯醇纤维混凝土试件的中心拉拔试验,研究钢-聚乙烯醇混杂纤维混凝土与钢筋的粘结性能,分析钢筋种类,混杂纤维体积率对钢筋与混凝土粘结性能的影响并根据试验结果拟合出相应的钢筋与混凝土粘结-滑移曲线,提出了粘结滑移的本构关系。试验结果表明,在一定范围内,随着混杂纤维体积率的增大,钢筋与混凝土之间的粘结性能逐步提高,变形钢筋与混凝土之间的粘结性能优于光圆钢筋。

聚乙烯醇、玄武岩混杂纤维混凝土性能研究

将玄武岩纤维和聚乙烯醇纤维混杂后掺入到C60级普通混凝土基体中,对两种纤维长度和三种纤维体积掺量下混凝土基体的28d抗压、抗折和弯曲韧性等性能进行实验研究。结果表明,混凝土中掺入纤维后,低掺量纤维对基体的抗压强度有所增加;抗折强度随纤维掺量增加而增加,15mm混杂纤维对混凝土抗折强度效果最好;弯曲韧性随纤维掺量和纤维长度增加而增加。

BFRP筋回收轮胎钢纤维混凝土黏结性能分析

对玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋在回收轮胎钢纤维(RTSF)混凝土中的黏结性能进行了试验和分析研究.对不同RTSF体积掺量、BFRP筋直径和嵌入长度的试件进行了拉拔试验,研究其对黏结破坏模式、黏结滑移响应和黏结强度的影响,并提出了BFRP筋RTSF混凝土的黏结滑移理论模型.结果表明:BFRP筋RTSF混凝土黏结破坏类型包括拔出破坏、劈裂破坏以及拔出且劈裂破坏;BFRP筋直径对黏结破坏模式无显著影响,而RTSF体积掺量、BFRP筋直径和嵌入长度均对黏结强度有较大影响,且RTSF体积掺量与极限黏结强度呈正相关,BFRP筋直径和嵌入长度对其影响与之相反;当RTSF体积掺量从0增大至1.5%时,其极限黏结强度最大可提高约23.87%.与已有模型相比,所提出的黏结滑移理论模型对BFRP筋RTSF混凝土的黏结滑移曲线具有更高的拟合精度.

钢纤维对细再生混凝土力学性能的影响研究

为研究细再生集料(FRAP)替代天然细集料(NFA)的可能性。配置1%钢纤维掺量下不同FRAP含量(0%、25%、50%、75%、100%)的水泥混凝土,并测定成型后试件的抗压强度、拉伸特性、应力-应变特性和耐久性能。研究结果表明:以FRAP替代NFA会导致细再生集料水泥混凝的土力学强度降低;加入1%钢纤维,可以显著提高细再生集料水泥混凝土劈裂抗拉强度和抗弯强度,峰值应力增加约15%,峰值应变增加50%,韧性及延展性提高约5倍;以FRAP替代NFA的最佳含量为50%左右。

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%。

钢-剑麻混杂纤维再生混凝土断裂性能研究

为改善再生混凝土(RAC)的断裂性能,通过三点弯曲断裂试验,研究了钢纤维、剑麻纤维及钢-剑麻混杂纤维对RAC试件断裂性能的影响。同时,采用数字图像相关(DIC)技术测得RAC试件的裂缝扩展全过程。结果表明:未掺纤维的RAC试件断裂性能较差,而掺入纤维后的RAC试件断裂性能明显提升;单掺钢纤维时,试件的起裂韧度与纤维掺量无关;单掺剑麻纤维时,最佳体积掺量为0.15%,其试件的起裂荷载较未掺纤维RAC试件提高了67%。单掺纤维和混掺纤维均可提高失稳韧度和断裂能,但混掺纤维效果更佳。当体积掺量为1.0%的钢纤维和体积掺量为0.30%的剑麻纤维混杂时,其起裂韧度、失稳韧度和断裂能较未掺纤维的RAC试件分别提高了83.92%、575.86%和1244.05%。

基于分形理论的BFRP筋混杂钢纤维超高性能混凝土短柱受压性能研究

为了研究玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土短柱偏心受压作用下的表面裂缝开展情况和分布形态,对6根不同废旧钢纤维取代工业钢纤维体积掺量的试验柱在偏心距90 mm下进行偏心受压试验,利用分形理论对试验柱表面裂缝分布特征、荷载等级、取代率与分形维数之间的关系进行分析。研究表明:试验柱分形维数D_(c)在1.004~1.066之间,废旧钢纤维取代率为0时,分形维数D_(c)最小为1.00379,废旧钢纤维取代率为100%时,分形维数D_(c)最大为1.06617,分形维数与荷载等级呈对数增长关系。由于废旧钢纤维形状的不均匀性,与工业钢纤维混杂,对裂缝开展也起到了有效的抑制作用。

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。

玄武岩纤维和聚乙烯醇纤维对河砂活性粉末混凝土性能的影响

研究了玄武岩纤维(BF)单掺以及与聚乙烯醇纤维(PVAF)混杂对河砂活性粉末混凝土(RPC)工作性能和力学性能的影响。结果表明:掺入BF提升了RPC的力学性能,但BF的增韧效果有限;随着BF掺量的增加,RPC的工作性呈指数式下降,合适的BF体积掺量为0.75%;BF与PVAF混杂对河砂RPC有明显的增韧作用,混杂纤维合适的PVAF体积掺量为0.8%。掺入纤维后可制备出符合GB/T 31387—2015要求的RPC120和RPC140。

橡胶-钢纤维混凝土的劈裂应力-应变曲线特征及破坏机理研究

为探究橡胶掺量及其粒径对橡胶-钢纤维混凝土(R-SFC)应力-应变曲线特征和破坏机理的影响,利用电液伺服万能试验机对R-SFC试件进行静载劈裂抗拉试验。结果表明:随着橡胶掺量的增加,R-SFC的应力-应变曲线均位于钢纤维混凝土(SFC)的上方,且峰后延/韧性显著地增加。随着橡胶粒径的增大,R-SFC的弹性段先减小后增大,且各粒径下峰后曲线近似平行。劈裂抗拉强度和峰值应变随橡胶掺量的增加均逐渐降低。在SFC中加入橡胶颗粒可以明显地改善其低应力劈裂脆性并提高其峰后变形能力。根据材料特性和破坏形态建立了橡胶和钢纤维协同作用的桥接模型,并基于该模型推导了协同作用的力学简化计算表达式。最后,结合纤维间距理论和断裂力学推导了劈裂抗拉强度式。

混杂纤维高强轻骨料混凝土单轴受压试验研究

为了改善高强轻骨料混凝土(HSLC)的脆性破坏特征,采用钢纤维(SF)和聚丙烯纤维(PF)对HSLC进行增强,通过单轴受压试验研究两种纤维对HSLC单轴受压性能的影响。结果表明:SF和PF的体积掺量分别为2.0%和0.2%时具有最优的混杂效应,应力-应变曲线拐点处应力和收敛点处应变较单掺SF时分别提高了10.0%和56.5%,较单掺PF时分别提高了99.1%和150%;混杂纤维使HSLC的峰值应力、峰值应变和弹性模量最高分别提升了19.0%、1.20%和16.9%。最后,基于试验数据,提出了考虑两种纤维混杂效应的峰值应力、峰值应变和弹性模量的计算公式,建立了双参数混杂纤维增强HSLC的单轴受压本构模型,并且其与试验曲线吻合较好。该研究结果可为纤维增强HSLC的结构设计提供理论参考。

钢纤维混凝土栓钉-橡胶组合连接件抗剪刚度分析

为建立钢纤维混凝土(steel fiber reinforced concrete,SFRC)栓钉-橡胶组合连接件抗剪刚度设计计算方法,结合已有文献推出试验,采用ABAQUS显式准静态求解技术进行非线性有限元分析,仿真计算结果与文献推出试验结果基本吻合。以橡胶套高度、橡胶套厚度、混凝土强度和栓钉直径为影响参数,分析组合连接件抗剪刚度变化规律,并结合现有栓钉抗剪刚度计算式拟合出SFRC栓钉-橡胶组合连接件抗剪刚度设计计算公式。结果表明:ABAQUS显式准静态求解技术能较好地实现组合连接件推出试验数值模拟;采用橡胶套包裹栓钉后会大幅降低连接件抗剪刚度,抗剪刚度最大降幅约为60%;当橡胶套高度为25 mm、厚度为2.5 mm时,即可显著降低连接件抗剪刚度;钢纤维混凝土强度对抗剪刚度影响较小;组合连接件抗剪刚度与栓钉直径近似呈正比关系;提出的抗剪刚度设计计算式能较准确预测钢纤维混凝土栓钉-橡胶组合连接件抗剪刚度,为工程设计提供参考与借鉴。