轴向及转动约束对高强纤维混凝土柱抗火性能影响

为考察轴向及转动约束对高强纤维混凝土柱抗火性能的影响,应用有限元分析软件ABAQUS建立了高强纤维混凝土柱抗火性能分析模型,模型得到了相应试验数据的验证。应用验证后的模型分析了ISO-834标准升温条件下,轴向约束对轴力比、轴向位移及耐火极限的影响,以及转动约束对柱侧向挠度、轴向位移及耐火极限的影响。结果表明:对于轴心受压柱,轴向约束对轴力比及轴向位移有显著影响,但对耐火极限的影响不大。对于偏心受压柱,转动约束对侧向挠度有一定的限制作用,对柱的耐火极限有提高作用。转动约束刚度比小于0.1时,随转动约束的增大,耐火极限总体呈增大趋势。转动约束刚度比大于0.1时,随转动约束的继续增大,柱耐火极限增长不显著,且柱的破坏基本由轴向位移控制。

玄武岩纤维筋与高强纤维混凝土粘结性能及本构模型研究

为了研究玄武岩纤维筋与高强玄武岩纤维混凝土的粘结性能,选用直径分别为10 mm、14 mm和18 mm的玄武岩纤维筋埋入边长150 mm的立方体试块中,玄武岩纤维筋与混凝土的中心粘结长度分别为40 mm、70 mm和100 mm,混凝土中短切纤维丝的体积掺量分别为0%、0.1%、0.15%和0.2%。通过改变BFRP筋的直径、锚固长度以及纤维掺量,研究高强玄武岩纤维混凝土与玄武岩纤维筋的粘结性能。试验结果表明:平均粘结强度随锚固长度的增大而降低,随玄武岩纤维筋直径的增大而减小;通过三种纤维掺量比较,当纤维掺量为0.2%时,粘结强度最为理想。二者的粘结滑移本构模型符合连续曲线模型。

纤维筋与高强纤维混凝土的粘结性能

为了对比BFRP和GFRP筋与高强玄武岩纤维混凝土的粘结强度,选用直径14的FRP筋埋入玄武岩纤维混凝土的立方体试块中进行拉拔试验,通过改变FRP筋锚固长度以及纤维掺量,研究高强玄武岩纤维混凝土与FRP筋的粘结性能。

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。

高强钢纤维混凝土冲击压缩特性试验研究

采用大尺寸SHPB装置 ,对钢纤维体积分数在 0～ 6 %的高强钢纤维混凝土进行冲击压缩试验 ,得到应变率约 10 0s-1下的应力 应变全曲线及方程 ,给出抗压强度与应变率的关系 ,讨论了钢纤维含量对冲击强度的影响。

高强钢纤维混凝土弯曲韧性试验研究

通过试验得到了不同基体混凝土强度、钢纤维体积分数和钢纤维类型的高强钢纤维混凝土弯曲荷载-挠度曲线,据此研究分析了基体混凝土强度、钢纤维体积分数和钢纤维类型等对高强钢纤维混凝土弯曲韧性指数和弯曲承载力变化系数的影响规律.该成果可作为纤维混凝土结构技术规程相应设计条款的科研依据.

钢纤维高强混凝土单轴压缩下应力-应变关系

在实际工程中推广应用钢纤维高强混凝土 ,要了解其基本力学性能 .采用MTS81 5 0 3型液压伺服刚性压力试验机 ,对钢纤维含量为 0～ 6%、抗压强度在 65～ 1 2 0MPa范围的 4种钢纤维高强混凝土 ,进行单轴压缩荷载作用下的应力应变全过程试验 .结合试验给出全曲线的方程 ,并分析钢纤维对抗压强度、弹性模量、韧度、泊松比等的影响 .试验表明 ,当钢纤维长度大于或接近于最大集料尺寸时 ,钢纤维高强混凝土具有较高的抗压强度和韧度 ,是一种优良的新型建筑材料 .

钢纤维高强混凝土冲击压缩的试验研究

介绍了利用 100mmSHPB装置获得钢纤维高强混凝土冲击压缩应力应变曲线的试验研究。同一类试样在静态和动态共4个不同应变率下的试验结果揭示混凝土是应变率敏感材料,其破坏应变、峰值应变和弹性模量表现出显著的应变率强化效应。从静态和动态压缩下混凝土损伤演化的不同形式对这种应变率强化效应进行了详细讨论。从相近应变率下不同钢纤维含量试样的试验结果中,发现冲击压缩下钢纤维对混凝土的增强效应随应变率的增大而减弱。从钢纤维对混凝土静态和动态压缩下损伤演化形式的影响,讨论了钢纤维对混凝土的这种增强效应。

高强混合钢纤维混凝土的力学性能

为改善高强混凝土的脆性,将2种尺寸的钢纤维混合掺入高强混凝土中,通过抗压强度、抗拉强度及抗折强度分析了不同钢纤维混掺对其力学性能的改善作用;采用ASTM C1018方法分析了高强混合钢纤维混凝土的韧性.结果表明:长、短钢纤维混掺会降低高强混凝土的流动性,且短钢纤维对其流动性影响更为显著;在相同掺量(体积分数)下,混掺钢纤维高强混凝土的抗压强度及抗折强度较单掺钢纤维高强混凝土高;当长、短钢纤维混掺比适当时,其劈裂抗拉强度也有所提高;长、短钢纤维混掺对高强混凝土韧性改善效果显著,采用1.50%长钢纤维与0.50%短钢纤维混掺可达到最佳增韧效果.

深厚冲积层井筒修复内层钢板高强钢纤维混凝土复合井壁研究及应用

针对板集煤矿副井井筒修复的复杂工程条件,提出采用内套内层钢板高强钢纤维混凝土复合井壁结构。首先,对该种新型井壁结构力学特性进行了模型试验研究,结果表明:在井壁结构中高强钢纤维混凝土的极限压应变可达(-3 710^-3 750)με,显著提高了井壁结构的延性特征;由于内层钢板的约束作用,井壁内缘钢纤维混凝土也处于三向受压状态,钢纤维混凝土抗压强度提高了1.822~1.974倍,从而显著提高了该种复合井壁的承载能力;在板集煤矿副井井筒修复工程中首次应用了内层钢板高强钢纤维混凝土复合井壁,并通过现场实测结果表明,2个监测水平钢纤维混凝土应变分别为-290με和-359με,远小于试验实测的极限压应变值,说明目前该种新型井壁结构混凝土变形小,井壁结构安全可靠。

低周反复荷载下钢纤维高强混凝土柱延性试验研究

通过26根钢纤维高强混凝土柱在低周反复荷载作用下的压弯性能试验,研究了轴压比、钢纤维含量特征值、箍筋含量特征值、剪跨比和纵向配筋等因素对钢纤维高强混凝土柱延性性能的影响规律,结果表明:钢纤维对改善高强混凝土柱的脆性破坏性质并提高其延性具有明显效果,但钢纤维和箍筋对高强混凝土柱的延性提高作用机理不同,不能采用钢纤维等量(体积率相同)取代箍筋的方法使高强混凝土柱获得等同的延性性能。提出了钢纤维高强混凝土柱的位移延性系数计算公式,可供工程设计应用参考。

纤维高强混凝土弯曲韧性试验研究

高强混凝土具有抗压强度高、韧性差的特点,容易产生脆性破坏。为了扩大高强混凝土的应用范围,提高其韧性性能,通过用ASTM-C-1018、ASTM-C1399-98和PCSm(post-crack strength)三种方法分析钢纤维高强混凝土、钢-聚丙烯混杂纤维高强混凝土与素混凝土的韧性对比试验数据,研究纤维的加入对高强混凝土韧性性能的影响。

钢纤维高强混凝土抗爆炸研究

对纤维体积率(Vf)为0%―3%、基体强度为C100的钢纤维高强混凝土(SFRHSC)板进行模型爆炸试验,结果表明:爆炸应力波在混凝土中呈现明显的衰减特性,衰减幅度与混凝土强度等级、Vf之间的关系不大,但背爆面加速度峰值和迎爆面破坏程度则随着Vf的增加而降低;SFRHSC最大最显著的优势是抗震塌,在普通混凝土板大面积震塌,碎裂块爆飞的装药量爆炸条件下,SFRHSC板却无震塌发生或只有小块体脱离,裂而不散,其抗震塌性能的提高主要取决于材料的抗拉强度;根据试验结果建立了基于神经网络系统的SFRHSC震塌模型,模型计算的理论值与实测值比较接近。

考虑尺寸及纤维掺量影响的高强混凝土断裂能试验研究

在断裂能测试分析中,试件尺寸及钢纤维含量同时影响混凝土测试断裂能。为研究不同钢纤维掺量及试件尺寸对高强混凝土断裂能的影响,制备了105根不同钢纤维体积掺量(0%、2%、3%)和缝高比(0.05,0.1,0.15,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7)的几何相似单边切口梁试件。采用三分点加载试验方法,得到了不同开口裂缝深度、试件尺寸大小和钢纤维掺量对高强混凝土断裂能的影响规律。试验结果表明:钢纤维掺量能显著影响高强混凝土断裂能,但随着钢纤维掺量的增加,断裂能增长速度减缓;钢纤维高强混凝土测试断裂能G f随初始裂缝长度的增加呈线性递减,随试件尺寸的增加呈线性递增,表现出明显的尺寸相关性;钢纤维的掺入可削弱试件缝高比变化对测试断裂能的影响,显著提高混凝土的韧性;基于边界影响模型,揭示了初始裂缝长度、试件尺寸对测试断裂能G f产生的影响可归结为试件边界对断裂性过程区的影响。

钢纤维高强混凝土连梁抗剪试验研究

为了改善平行配置纵向受力钢筋和横向箍筋的高强混凝土连梁的抗剪性能,进行9根小跨高比钢纤维高强混凝土连梁(l/h≤2.5)和4根高强混凝土连梁的对比试验。考察了跨高比l/h、钢纤维体积掺率ρ_f、配箍率ρ_(sv)和加载方式对高强混凝土连梁的破坏形态和受剪承载力的影响。结果表明,以适量的钢纤维替代高强混凝土连梁中的部分箍筋,不仅可以提高连梁的受剪承载力,有效地防止混凝土保护层、斜裂缝面上和剪压区混凝土的酥裂和剥落,还能实现小跨高比高强混凝土连梁的破坏形态从脆性的剪切破坏到延性的弯曲破坏的转化。参照《纤维混凝土结构技术规程》CECS 38:2004中钢纤维混凝土箍筋梁受剪承载力的计算模式,给出低周反复荷载作用下(l/h≤2.5)和静载作用下的钢纤维混凝土连梁受剪承载力计算公式。

混杂钢纤维高强混凝土断裂特性研究

采用楔入劈拉试验方法,利用标准紧凑拉伸公式与楔入劈拉经验公式分别计算高强混凝土及混杂钢纤维高强混凝土的双K断裂韧度和断裂能,经比较发现用紧凑拉伸公式计算的失稳断裂韧度值是经验公式的0.85～0.87倍,因此建议采用尺寸符合标准紧凑拉伸要求的试件进行试验确定断裂韧度.分析了纤维混杂后纤维类型、纤维长度、纤维掺量对混凝土增强、增韧的影响,试验结果表明随着混凝土强度增加,断裂韧度、断裂能增大.最后建议高强混凝土采用双K断裂韧度作为韧性评价指标,高强钢纤维混凝土采用断裂能作为韧性评价指标.

配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱梁纯扭试验研究

研究了配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱梁纯扭的受力性能;介绍了试件设计及其材料力学性能、施扭装置和各种测量方法;分析了各级扭矩荷载作用下,构件线扭转角、跨中截面畸变、钢筋(纵筋和箍筋)的应变、构件混凝土开裂后截面不同位置处裂缝沿纵向夹角的规律;探讨了配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱形梁受扭破坏机理并提出了相应的开裂扭矩和极限扭矩计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。

小跨高比钢纤维高强混凝土连梁延性和耗能研究

基于9根小跨高比(l/h≤2.5)钢纤维高强混凝土连梁和4根高强混凝土对比连梁试验,考察了跨高比、钢纤维体积掺率和配箍率对高强混凝土连梁位移延性和耗能能力的影响.结果表明:随着跨高比、钢纤维体积掺率和配箍率的增大,连梁的位移延性和耗能性能得到明显改善.当配箍率提高到一定程度后,由于剪压区混凝土破碎引起剪切滑移坡坏,箍筋不能完全发挥作用,配箍率对连梁的延性和耗能能力的影响不再明显.而在按非抗震要求配置箍筋的高强混凝土连梁中掺入ρf=1.0%的钢纤维,可使连梁达到与按抗震要求配置箍筋的连梁相当的位移延性系数,而当ρf=1.5%时,试件发生了弯曲破坏,从根本上改变了小跨高比高强混凝土连梁破坏的脆性性质.

钢纤维高强混凝土墙基于CONWEP的爆炸响应

针对爆炸荷载下的钢纤维高强混凝土墙,采用显式动力有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立了墙体1/4模型,对墙体在爆炸荷载下的动力响应和破坏形态进行模拟分析.材料模型采用J-H-C模型,该模型考虑了损伤和应变率效应,模型参数利用文献试验数据计算得出,爆炸荷载采用CONWEP爆炸模型,使用*LOAD_BLAST关键字加载.利用数值模型分析了不同折合距离下墙体的破坏模式以及墙体厚度、高跨比、边界条件和折合距离等墙体动力响应的影响因素,结果表明,折合距离较小时墙体发生剪切破坏,折合距离较大时墙体发生弯曲破坏,此外,墙体厚度、边界条件、高跨比和折合距离均对其动力响应产生明显的影响,与钢筋混凝土墙体对比分析发现同等条件下钢纤维高强混凝土墙体中心位移值较小,体现了钢纤维高强混凝土较高的抗拉强度和抗压韧性对其抗爆能力的显著增强作用.

钢纤维高强混凝土在抗爆工程中的应用

为了有效地提高我国土木工程在遭遇恐怖爆炸时的安全性能,针对恐怖袭击爆炸的特性,建议采用钢纤维高强混凝土(SFRHSC)加固和新建抗爆工程,介绍了该材料在抗爆方面优越于普通混凝土的物理力学性能与部分试验结果,总结了该材料在抗爆领域的科学研究与工程应用之历史和现状,分析了试验研究、理论分析与工程应用方面存在的问题,提出了本领域研究工作的方向与重点,为SFRHSC工程抗爆科研、建设与设计提供了参考意见。