鋼纖維高強(qiáng)混凝土增強(qiáng)、增韌機(jī)理及基于韌性的設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、纖維混凝土作為一種高性能混凝土建筑材料，在我國(guó)工程建設(shè)領(lǐng)域得到非常廣泛的應(yīng)用。為了適應(yīng)纖維混凝土向高強(qiáng)度、高性能方向的發(fā)展和應(yīng)用趨勢(shì)，根據(jù)中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)的要求，中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)纖維混凝土委員會(huì)委托大連理工大學(xué)為主編單位，經(jīng)對(duì)原協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》CECS38：92進(jìn)行全面修訂，制定了新的標(biāo)準(zhǔn)《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS38：2004。在規(guī)程修訂的前提下，本課題對(duì)鋼纖維與高強(qiáng)砂漿的粘結(jié)性能，鋼纖維高強(qiáng)混

2、凝土的基本力學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究；深入分析了鋼纖維與基體間的界面粘結(jié)機(jī)理，以及鋼纖維對(duì)高強(qiáng)混凝土的增強(qiáng)、增韌作用；考慮鋼纖維混凝土的韌性，提出了新的鋼纖維混凝土工業(yè)建筑地面設(shè)計(jì)方法。 (1).通過(guò)進(jìn)行鋼纖維與高強(qiáng)度水泥砂漿粘結(jié)拉拔試驗(yàn)，聯(lián)系現(xiàn)有文獻(xiàn)的試驗(yàn)資料，系統(tǒng)地研究了5種鋼纖維(其中有4種為異型鋼纖維)與4種強(qiáng)度等級(jí)高強(qiáng)砂漿基體的粘結(jié)性能。分析了基體強(qiáng)度、鋼纖維類(lèi)型和自身強(qiáng)度對(duì)界面極限粘結(jié)強(qiáng)度、纖維破壞形態(tài)的影響，討論

3、了不同類(lèi)型鋼纖維適用的基體強(qiáng)度范圍。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著基體砂漿強(qiáng)度的升高，在鋼纖維與基體間界面粘結(jié)剪力的各個(gè)組分中，沿鋼纖維體長(zhǎng)分布的粘著力和廣義摩擦力的提高最為顯著。比較了鋼纖維形狀和砂漿基體強(qiáng)度對(duì)粘結(jié)滑移曲線(xiàn)特征和粘結(jié)拔出功的影響，當(dāng)纖維出現(xiàn)拔斷現(xiàn)象時(shí)，其增韌效果會(huì)大大降低。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸得出了不同類(lèi)型鋼纖維與高強(qiáng)水泥砂漿基體間極限粘結(jié)強(qiáng)度計(jì)算公式。 (2).針對(duì)原有規(guī)程《鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》CECS38：92適用

4、強(qiáng)度等級(jí)偏低的問(wèn)題，本文對(duì)鋼纖維高強(qiáng)混凝土的抗壓、抗拉、彎曲、抗剪等基本力學(xué)性能進(jìn)行了詳細(xì)的試驗(yàn)研究，分析了鋼纖維形狀和自身強(qiáng)度、基體強(qiáng)度、鋼纖維摻量等因素對(duì)鋼纖維高強(qiáng)混凝土基本力學(xué)性能的影響。對(duì)基于復(fù)合材料理論的SFRC基本強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行了回歸，研究了鋼纖維高強(qiáng)混凝土軸拉、彎曲荷載-變形全曲線(xiàn)的特性，提出了統(tǒng)一的鋼纖維混凝土韌性評(píng)價(jià)模式。給出了鋼纖維高強(qiáng)混凝土劈拉強(qiáng)度、軸拉強(qiáng)度和彎拉強(qiáng)度的關(guān)系式。通過(guò)試驗(yàn)建立了鋼纖維高強(qiáng)混凝土單軸拉

5、伸曲線(xiàn)計(jì)算模型。給出了鋼纖維高強(qiáng)混凝土彎拉初裂強(qiáng)度和彎拉極限強(qiáng)度的關(guān)系公式。并且提出了新的鋼纖維混凝土抗剪強(qiáng)度的計(jì)算公式，公式的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好。 研究發(fā)現(xiàn)，在使用鋼纖維來(lái)改善混凝土受壓性能時(shí)，宜選取大長(zhǎng)徑比、自身強(qiáng)度高、小直徑的線(xiàn)狀鋼纖維；提高鋼纖維摻量對(duì)高強(qiáng)混凝土抗拉強(qiáng)度的改善作用比對(duì)普通強(qiáng)度混凝土明顯，而對(duì)于軸拉初裂強(qiáng)度的提高與對(duì)于普通混凝土的提高基本相同；摻量相同時(shí)，不同類(lèi)型的鋼纖維對(duì)混凝土初裂彎拉強(qiáng)度的增強(qiáng)效

6、果近似，而對(duì)混凝土極限彎拉強(qiáng)度的增強(qiáng)效果有較大差別；經(jīng)過(guò)對(duì)已有計(jì)算評(píng)價(jià)方法的比較，選用了鋼纖維高強(qiáng)混凝土彎曲韌性的評(píng)價(jià)方法，該方法客觀準(zhǔn)確，計(jì)算和應(yīng)用比較簡(jiǎn)單方便，已編入我國(guó)《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS38：2004中；此外，研究還發(fā)現(xiàn)，鋼纖維的截面性質(zhì)對(duì)鋼纖維高強(qiáng)混凝土抗剪強(qiáng)度的影響很大。 (3).本文結(jié)合鋼纖維高強(qiáng)混凝土粘結(jié)拔出試驗(yàn)，對(duì)鋼纖維的粘結(jié)拔出界面機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并以Cox剪滯理論為基礎(chǔ)，將SFRC作為三

7、相體(增強(qiáng)相、被增強(qiáng)相、界面相)進(jìn)行研究，提出了新的異型鋼纖維與高強(qiáng)砂漿基體間的粘結(jié)拉拔模型；通過(guò)對(duì)粘結(jié)界面機(jī)理的分析和基本力學(xué)性能試驗(yàn)，以鋼纖維混凝土復(fù)合材料理論為基礎(chǔ)，系統(tǒng)的分析了異型鋼纖維對(duì)高強(qiáng)混凝土基體的增強(qiáng)、增韌效能，并且給出了新的計(jì)算模型。 (4).針對(duì)國(guó)內(nèi)關(guān)于鋼纖維混凝土工業(yè)建筑地面設(shè)計(jì)理論的空白，以Meyehoff的地面板屈服線(xiàn)理論和我國(guó)現(xiàn)行《建筑地面設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50037為基礎(chǔ)，參照英國(guó)混凝土學(xué)會(huì)技術(shù)報(bào)告TR