PVA-FRCC中长柱抗震性能与损伤分析

以剪跨比、配筋率和轴压比为研究变量,对7根聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-FRCC)中长柱(以下简称PVA-FRCC柱)进行拟静力试验,研究了地震作用下试件的裂缝形态、变形、耗能和抗损伤能力。结果表明:PVA-FRCC柱具有优良的裂缝控制能力和卸载后裂缝闭合能力;PVA-FRCC具有较好的延性、较强的变形和耗能能力,其弹塑性极限位移角最大可达1/13;剪跨比较大的试件虽承载力较低,但由于PVA纤维的增韧作用,试件达到峰值荷载后具有优良的耐受变形能力和抗损伤能力;当配筋率提高时,柱的承载力、变形和抗损伤能力均提高;增大的轴压比明显降低了试件的变形、耗能和抗损伤能力。当PVA纤维体积分数为1%时,具有较小轴压比和适中剪跨比与配筋率的PVA-FRCC柱综合性能最优。本文提出的改进Park-Ang损伤模型符合边界条件,且反映的损伤发展趋势与试验现象相符,可较好地评价PVA-FRCC柱的损伤状况。

低周反复荷载作用下PVA-FRCC柱曲率与塑性铰长度研究

为研究柱端掺加聚乙烯醇纤维(PVA)的水泥基中长柱在地震作用下柱端截面绝对曲率与塑性铰长度,对11根PVA纤维水泥基复合材料(PVA-FRCC)柱进行低周反复荷载试验。结果表明,掺入PVA纤维后,柱的裂缝控制能力明显提高,PVA纤维在改善柱裂缝形态方面的作用明显优于纵筋与箍筋;增大纤维体积掺量、PVA-FRCC设置高度、体积配箍率及纵筋配筋率,试件的曲率延性系数增大,下部截面的转动能力提高,此提高作用在加载后期表现得更加充分;纵筋配筋率一定时,采用掺加纤维并设置较少箍筋的方式比单纯设置较多箍筋的方式对提高构件截面延性和改善裂缝形态更有效。最后通过线性回归分析,给出曲率延性系数和塑性铰长度的拟合公式。实际设计中,根据结构抗震等级,PVA-FRCC柱端箍筋加密区或PVA纤维加强区的长度可取为(1.0~1.5)h、柱净高的1/4及500mm三者的最大值。

PVA-FRCCs粘贴式薄板单轴直接拉伸试验研究

为了研究切口大小、水泥标号、粉煤灰掺量对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(简称PVA-FRCCs)拉伸力学特性的影响,采用矩形薄板试件,在试件端部用环氧树脂贴一层碳纤维布或者玻璃纤维布,然后粘贴上楔形钢板进行端部加固避免应力集中破坏;采用MTS疲劳试验机控制系统,利用等速位移控制,得到了稳定的拉伸应力-应变全曲线.通过比较切口和无切口直接拉伸试件在起裂荷载、峰值荷载及其对应的应变差异发现:切口较小时,差异不大,但切口较大时,起裂荷载和峰值荷载都降低,起裂荷载对应的应变变化不大,但峰值荷载对应的拉应变和抗拉韧性值A都增加.说明两边有较小切口时反而有利于多条裂缝开展,小切口并不影响裂缝的开裂形态,起始裂缝发生的位置和无切口试件相同,一般不出现在切口处,但当切口长度较大时,裂缝开裂形态受开口影响较大,起始裂缝一般出现在切口处.

加荷龄期与持荷应力对PVA-FRCC受压徐变性能的影响

本文基于8组试件的轴心受压徐变试验,研究了加荷龄期及持荷应力对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-FRCC)徐变性能的影响.试验结果表明:PVA-FRCC材料的徐变随加荷龄期的增长而降低;在最初持荷的60d之内,不同加荷龄期的试件徐变速率相差较大,60d后各试件的相对徐变趋于稳定.在28d施加荷载的PVA-FRCC试件,徐变应变随持荷应力的提高而增大,而徐变系数和徐变度均随持荷应力的提高而降低.

PVA-FRCC与钢筋锚固特性研究

通过PVA-FRCC(聚乙烯醇-纤维水泥基复合材料)与钢筋黏结锚固构件的中心拉拔试验,对钢筋应力和黏结应力进行了分析.通过回归分析提出了PVA-FRCC与钢筋的黏结强度计算公式,其计算结果与试验结果吻合良好.在可靠度分析的基础上提出了PVA-FRCC与钢筋锚固长度设计建议.结果表明:钢筋锚固长度可按现行的GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》规定的公式计算.

基于灰色理论的PVA-FRCC抗冻性寿命预测

通过运用灰色理论,建立满足精度要求的GM(1,1)模型,预测冻融环境中PVA-FRCC使用寿命。结果表明:GM(1,1)模型的方差比C<0.35,小误差概率P>0.95,精度良好,可用于PVA-FRCC的寿命预测与分析;掺入PVA纤维可延缓PVA-FRCC相对动弹性模量的下降趋势,PVA纤维掺量为1%的PVA-FRCC相对动弹性模量下降曲线最平缓;在相对气温很低的长春,PVA纤维体积掺量为1%的PVA-FRCC抗冻使用寿命可达143年。

基于灰色理论的PVA-FRCC抗盐冻性能分析

运用灰色系统预测理论,在试验数据基础上对聚乙烯醇纤维水泥基复合材料(PVA-FRCC)盐冻性能进行预测,得到了预测模型,并对模型进行检验。结果表明:灰色系统预测理论应用于PVA-FRCC盐冻环境下抗盐冻性能的预测具有较高精度和可靠性;在基体中掺入一定量的PVA纤维能够提高抗盐冻性能,PVA纤维的掺入改善了材料的抗盐冻剥蚀能力和阻裂能力。

PVA-FRCC抗压强度增长规律灰色理论分析

为评价龄期对PVA纤维增强水泥基复合材料(PVA-FRCC)立方体抗压强度的影响,采用灰色系统理论对非等时距(14、28、56、90 d)的抗压强度原始序列进行等时距(9、35、61、87 d)处理,并构建微分模型,得到非等时距GM(1,1)模型。采用残差和后验差检验验证了该模型的合理性,并对抗压强度作了进一步预测。结果表明:非等时距GM(1,1)模型符合PVA-FRCC抗压强度的发展规律,精度较高,预测值与试验值相吻合且收敛,可以方便可靠地预测PVA-FRCC的立方体抗压强度。

养护环境与配合比对PVA-FRCC收缩性能的影响

通过14组聚乙烯醇纤维水泥基复合材料(PVA-FRCC)试件的收缩试验,研究了纤维体积率、水胶比、砂胶比和养护环境对PVA-FRCC收缩性能与质量损失的影响。结果表明:加入PVA纤维对减小水泥基材料长期收缩的作用较小,对降低其早期收缩的作用较大,对质量损失的影响也较小;PVA-FRCC的收缩值和质量损失率随水胶比的提高而增大,随砂胶比的提高而降低;高水胶比/高砂胶比试件和低水胶比/低砂胶比试件的收缩均不大,而中等水胶比/低砂胶比试件的收缩较大;在同一龄期,高水胶比/高砂胶比试件的质量损失率高于低水胶比/低砂胶比试件;环境湿度越高,PVA-FRCC试件的中后期收缩值越小,但早期有可能相反。通过电镜试验反映的材料内部微观形貌对部分收缩现象进行了解释。给出收缩及质量损失率随时间变化的数学表达式,计算结果与试验结果吻合较好。

高韧性PVA-FRCC单轴受压力学性能及本构关系

通过单轴受压强度和变形特性试验,研究了聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量、粉煤灰及硅灰掺量对高韧性PVA纤维增强水泥基复合材料(PVA-FRCC)受压性能的影响;依据测得的抗压强度、弹性模量、泊松比以及单轴受压应力-应变全曲线,分别建立了立方体抗压强度与轴心抗压强度以及弹性模量的关系式;利用扫描电镜技术,对高韧性PVA-FRCC的微观结构进行了初步研究;基于实测应力-应变曲线的特点,提出了单轴受压本构方程,为高韧性PVA-FRCC结构非线性有限元分析及结构设计提供了理论依据.

PVA-FRCC收缩性能试验研究

通过10组不同配合比的聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-FRCC)试件的收缩试验,研究了纤维体积分数、水胶比、砂胶比及不同养护环境下PVA-FRCC试件的收缩性能.结果表明:PVA纤维的掺入减小了基材的收缩,但效果有限;PVA-FRCC试件的收缩随水胶比的减小、砂胶比的增大及周围介质相对湿度的升高而减小.另外,根据试验结果并结合现有混凝土材料收缩计算模型,提出了PVA-FRCC收缩估算模型,比较后发现,估算模型的计算值与试验值具有较高的吻合度.

干湿循环作用下PVA-FRCC氯离子侵蚀深度研究

通过聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料（polyvinyl alcohol fiber reinforced cementitious composite,PVAFRCC）和普通混凝土在干湿交替条件下的氯盐侵蚀试验,研究了干湿循环次数、纤维体积掺量、温度梯度对PVAFRCC氯离子侵蚀深度的影响,并从水泥基内部孔隙结构和微裂缝两个主要方面进行了机理分析。结果表明,随干湿循环次数的增加,PVA-FRCC与普通混凝土氯离子侵蚀深度均在增大,且PVA-FRCC氯离子侵蚀深度和侵蚀速度均比普通混凝土的低,随着纤维掺量从0~2%增加,PVA-FRCC氯离子侵蚀深度总体呈降低趋势;随着干循环温度以20℃、40℃、60℃的梯度升高,PVA-FRCC氯离子侵蚀深度增大,纤维掺量为2%的PVA-FRCC表现出较好的抗氯盐侵蚀能力。

氯盐环境干湿循环作用下PVA-FRCC强度退化分析与寿命预测

采用灰色理论GM(1,1)模型,研究氯盐环境干湿循环作用下PVA纤维增强水泥基复合材料(polyvinyl alcohol fiber reinforced composites composite简写为PVA-FRCC)强度退化规律和使用寿命,分析干湿循环次数和纤维体积掺量对材料强度退化的影响,并基于强度退化规律预测氯盐环境干湿循环作用下PVA-FRCC的使用寿命。结果表明:GM(1,1)模型能很好的预测氯盐环境干湿循环作用下PVA-FRCC强度退化规律,且模型精度高而稳定;当PVA纤维体积掺量为1.5%时,材料表现出较高的抗氯盐侵蚀能力和较长的使用寿命。

高水胶比PVA-FRCC单轴和三轴受压强度特性研究

本文以纤维体积率和围压为研究变量,基于24组试件的受压试验,研究了高水胶比PVA-FRCC材料在单轴受压与三轴受压之下的强度特性.研究结果表明:掺加纤维后水泥基材破坏时的完整性提高,但随纤维掺量增大,PVA-FRCC的单轴与三轴抗压强度均降低;随围压增大,PVA-FRCC的三轴抗压强度提高,且纤维体积率较小时强度提高幅度较大,反之则较小.文章最后提出了修正的Mohr-Coulomb破坏准则和Willam-Warnke五参数破坏准则,分别用于描述PVA-FRCC三轴抗压强度与单轴抗压强度,以及三轴受压抗剪强度与平均正应力之间的关系,准则计算结果与试验结果吻合较好.

基于对数正态分布的PVA-FRCC冲击失效概率分析

对纤维体积掺量为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-FRCC)圆饼试件进行了自由落锤冲击试验,应用对数正态分布对试件的冲击失效概率进行了分析。结果表明,在相同失效概率时,PVA-FRCC试件初裂冲击次数与终裂冲击次数随着PVA纤维体积掺量的增大而增大;在相同PVA纤维体积掺量时,试件初裂冲击次数与终裂冲击次数随着失效概率的增大而增多;相同失效概率时,试件终裂冲击次数明显多于初裂冲击次数。对数正态分布可较好地分析PVA-FRCC的冲击失效概率。

高应力比作用下PVA-FRCC抗盐冻寿命预测与分析

使用对数变换GM(1,1)模型代替原始GM(1,1)模型,通过对数变换GM(1,1)模型对PVA-FRCC在盐冻-荷载耦合作用下的相对动弹性模量进行预测,并以寿命预测准则为基础,预测冻融循环次数。结果表明:建立的对数变换GM(1,1)模型可用于中长期预测且精度等级为一级。通过调整对数变换模型参数c、d来提高模型的拟合和预测精度,扩大了模型的适用范围。相对动弹性模量试验值与预测值误差均小于5%。相比其他试件,纤维掺量为1.5%的试件F1.5在不同应力比下能承受的冻融循环次数更多。

基于应变硬化能量比值法对PVA-FRCC弯曲韧性的研究

本文对比分析各国规范以及国内外学者对弯曲韧性评价方法的研究,基于欧洲材料与结构联合会(RILEM TC162-TDF)标准,依据聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-FRCC)荷载挠度曲线的变化特征,提出采用纤维提供能量与水泥基材料提供能量比值的方法,即变形硬化能量比值法,对PVA-FRCC进行弯曲韧性评价。该方法计算方便,能反映PVAFRCC的应变硬化特点,较好地适用于PVA-FRCC的弯曲韧性评价。采取该方法对PVA-FRCC四点弯曲试验梁进行韧性计算,分析了国产纤维与进口纤维对韧性的影响。结果表明:PVA纤维的加入明显提高了复合材料的弯曲韧性,而弯曲韧性随纤维掺量的增加而增加;纤维总掺量一定时,进口纤维掺量比例越大,其弯曲韧性越好。

硫酸盐环境下PVA-FRCC强度退化与寿命预测分析

为研究硫酸盐环境下PVA纤维增强水泥基复合材料(polyvinyl alcohol fiber reinforced composites composite,简称PVA-FRCC)强度退化机理和使用寿命,采用灰色理论GM(1,1)模型模拟硫酸盐环境下PVA-FRCC试件强度退化规律,分析硫酸盐干湿循环与长期浸泡两种侵蚀方式、纤维掺量、粉煤灰掺量对强度退化的影响,基于强度退化规律预测PVA-FRCC的使用寿命。结果表明:GM(1,1)模型能够很好地预测PVA-FRCC强度退化规律,模型精度高且稳定;PVA纤维掺量为1%时材料表现出较好的抗硫酸盐侵蚀能力,使用寿命较长;相比长期浸泡,干湿循环侵蚀方式可加速材料强度的退化,降低使用寿命;大掺量粉煤灰可提高材料抗压强度,从而改善PVA-FRCC的抗硫酸盐侵蚀性能,增加使用寿命。

聚乙烯醇纤维水泥基复合材料柱恢复力模型

为研究聚乙烯醇纤维水泥基复合材料(PVA-FRCC)柱恢复力模型,以纤维体积率、PVA-FRCC设置范围、配箍率、轴压比及纵筋配筋率为研究参数,对10根PVA-FRCC柱进行拟静力试验。通过对试验数据进行分析,得到退化四线型骨架模型刚度计算方法;根据压弯构件正截面承载力理论,推导出PVA-FRCC柱骨架曲线特征点水平承载力及水平位移计算公式;理论骨架曲线与试验骨架曲线吻合较好,且骨架模型以构件参数表达,实用性较高。采用修正的Park-Ang损伤模型计算损伤指数,并确定了各阶段考虑损伤累积的加、卸载刚度计算方法;结合试验滞回曲线特征及骨架模型,提出PVA-FRCC柱滞回规则。建立的恢复力模型计算结果与试验结果吻合度较高,能较好地表征PVA-FRCC柱在地震作用下的滞回特性。

PVA纤维增强水泥基复合材料弯曲性能试验研究

对PVA纤维增强水泥基复合材料(PVA-Fiber Reinforced Cementitious Composites,以下简称PVA-FRCC)进行了四点弯曲试验,得到荷载-挠度曲线,进一步分析了PVA-FRCC的变形性能.结果表明,PVA-FRCC较基体混凝土的变形能力得到显著改善,由突然的脆性破坏变为具有较好韧性的延性破坏,破坏时出现多缝开裂现象.