钢纤维混凝土的本构模型及力学性能分析

为充分研究钢纤维混凝土的力学性能,基于混凝土的弥散开裂模型,并考虑纤维与混凝土之间的黏结作用,建立了新的钢纤维混凝土本构模型.在模型中分两种情况考虑纤维作用,混凝土开裂前,纤维与混凝土完全黏结,服从复合材料理论;混凝土开裂后,将分别考虑混凝土和钢纤维的贡献.通过黏结滑移模型,计算钢纤维在混凝土中脱黏和拔出过程中,纤维对开裂后混凝土的增强作用.采用Fortran编程,利用有限元软件ABAQUS中提供的子程序Umat,将提出的本构模型引入ABAQUS,并用于有限元模型去模拟钢纤维混凝土的拉伸和四点弯曲试验.通过数值模拟结果和试验数据的对比,充分验证了所提出的钢纤维混凝土本构模型的准确性.并对钢纤维混凝土的受拉强度、残余强度、受弯强度以及韧性等力学性能进行详细的分析.

单向受拉状态下钢纤维混凝土的二次峰值强度

不同于普通混凝土在单向受拉实验中的仅有唯一峰值强度,在大量钢纤维混凝土拉伸实验的应力应变曲线中均出现了两次峰值强度现象。本文采用黏结滑移模型考虑纤维在混凝土开裂面上的桥接作用,确定了钢纤维轴向应力与裂缝宽度之间的关系。钢纤维混凝土开裂后,将基体的软化模量与纤维增强作用的切线模量之和,作为判断第二峰值的依据。该值始终为非负时,钢纤维混凝土的应力-应变曲线具有唯一峰值强度;否则,应力-应变曲线中将具有二次峰值强度,并提出了钢纤维混凝土峰值强度的三种可能情况。建立了有限元模型以模拟钢纤维混凝土的拉伸试验,进一步研究了钢纤维掺量、长径比对混凝土开裂后力学性能的影响。并提出了钢纤维混凝土的抗拉强度的计算公式,可以有效地预测钢纤维混凝土的抗拉强度。

钢-混凝土组合梁负弯矩区裂缝宽度数值计算模型

为得到较为准确的钢-混凝土组合梁负弯矩区裂缝宽度分析模式,综合考虑钢筋和混凝土间黏结应力-滑移关系、钢梁与混凝土界面的滑移效应、混凝土收缩应变以及拉伸硬化效应,基于黏结-滑移理论建立了静力荷载作用下组合梁负弯矩区裂缝宽度的数值计算模型,并将模型预测值与相关文献数据和规范公式计算结果进行了对比分析.结果表明:在组合梁达到屈服荷载前,模型计算值能够较好地模拟裂缝宽度的发展过程,不考虑钢梁与混凝土板之间界面滑移效应时得到的裂缝宽度比考虑界面滑移效应时增大10%左右;按照规范推荐公式得到的结果与试验值偏差较大,而采用数值模型所得结果与试验值吻合度较高,离散系数极小,进一步验证了模型的准确性和适用性.

基于极限强度法的地连墙兼做水池壁板接头弯矩计算方法

地下连续墙兼做永久结构体的"两墙合一"具有很好的经济价值,工程应用越来越多,但作为主体结构时,其接头处的抗弯强度很难控制,成为墙体开裂的薄弱点。基于钢筋混凝土黏结-滑移本构理论,采用极限强度法思想,建立了搭接处抗弯能力的上下极限值计算方法。结合海口市白沙门污水处理厂水池壁板设计实际工程,分析不同搭接长度和不同搭接钢筋间距对抗弯能力设计值的影响规律。研究成果为搭接钢筋长度和间距的优化设计提供了理论依据,对进一步促进中国地下连续墙兼做永久主体结构的建设发展具有重要实际意义。

超大保护层钢筋混凝土梁短期裂缝宽度试验研究

为研究超大保护层水工钢筋混凝土梁的裂缝特征以及评估其对DL/T 5057—2009《水工混凝土结构设计规范》裂缝宽度计算公式的适用性,进行了10根截面宽度为200~300 mm、高度为400~1 000 mm、保护层厚度为25~150 mm配置HRB400钢筋混凝土简支梁的受弯性能试验,得到梁的开裂荷载、裂缝间距的大小与分布、裂缝宽度等,分析了混凝土保护层厚度对梁的裂缝间距和裂缝宽度的影响,结合短期裂缝试验结果,采用DL/T 5057—2009《水工混凝土结构设计规范》的裂缝计算公式进行了对比计算。结果表明:在正常使用状态下,当混凝土保护层厚度小于60 mm时,裂缝平均间距随保护层厚度的增大而增加;当混凝土保护层厚度超过60 mm时,保护层厚度对裂缝平均间距影响不大;平均裂缝间距、平均裂缝宽度和短期最大裂缝宽度试验值与按DL/T 5057—2009计算的结果相比总体上偏小。根据试验结果并参考相关规范,给出平均裂缝间距计算式,并根据黏结滑移理论得到了适用于超大保护层厚度的钢筋混凝土梁短期最大裂缝宽度计算式,经与裂缝试验资料对比计算,其短期最大裂缝宽度与试验结果吻合较好。