柔性纖維混凝土箱梁力學(xué)性能與破壞特征研究.pdf

1、隨機(jī)分散的短切柔性纖維對(duì)混凝土具有阻裂作用，可以改善其力學(xué)性能與破壞特征。關(guān)于柔性纖維對(duì)混凝土各項(xiàng)力學(xué)性能的影響已有許多研究，并取得重要成果[1-4]。但目前柔性纖維在鐵路混凝土箱梁橋上的應(yīng)用研究尚少見。因此，有必要研究摻加柔性纖維的混凝土箱梁力學(xué)性能與破壞特征。
　　本文研究目的是:掌握柔性纖維混凝土的力學(xué)性能;通過高速攝像觀測(cè)試驗(yàn)，闡明纖維混凝土的破壞特征;開展縮尺箱梁模型試驗(yàn)，揭示柔性纖維混凝土箱梁力學(xué)性能，量化纖維對(duì)混凝土

2、箱梁的增強(qiáng)效果。
　　本文以典型鐵路簡(jiǎn)支箱梁為原型開展研究，主要研究?jī)?nèi)容及成果分別為:
　　(1)分析了經(jīng)典纖維混凝土增強(qiáng)理論，并用ABAQUS模擬一個(gè)400mm×200mm×1mm的有限寬板Ⅰ型裂紋有限元模型，在相同受力情況下分析其在有纖維和無纖維時(shí)的應(yīng)力強(qiáng)度因子和應(yīng)變能釋放率，驗(yàn)證其與理論值是否吻合。主要結(jié)論:裂紋在穿過柔性纖維時(shí)，柔性纖維能有效減小裂紋前端總應(yīng)力強(qiáng)度因子，從而抑制裂紋繼續(xù)擴(kuò)展;數(shù)值結(jié)果表明有纖維時(shí)的應(yīng)變

3、能釋放率僅為無纖維時(shí)的79％，說明纖維可以有效減小用于產(chǎn)生新裂紋面增量的能量，從而有效提高混凝土抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能。
　　(2)研究C55混凝土在按同一摻量摻入不同種類柔性纖維、以及按同一纖維的不同摻量摻入時(shí)的力學(xué)性能改變情況，并用高速攝像機(jī)記錄其破壞過程。主要結(jié)論:柔性纖維對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度提高雖有限，但使混凝土受壓破壞時(shí)基本保持原形狀而非完全碎裂散開;柔性纖維可有效提高混凝土的抗折、軸心抗拉和抗劈裂抗拉強(qiáng)度，其中聚丙烯纖維較聚乙

4、烯醇和玄武巖纖維更有利于混凝土抗折強(qiáng)度的提高。
　　(3)基于相似原理，制作4片C55聚丙烯纖維鋼筋混凝土箱梁縮尺模型，其中一片箱梁為對(duì)比用的素混凝土，另外三片箱梁分別按其所占混凝土體積的0.1％、0.2％、0.3％摻入聚丙烯纖維，養(yǎng)護(hù)一個(gè)月后對(duì)箱梁進(jìn)行力加載，采集箱梁跨中應(yīng)變、撓度等數(shù)據(jù)。主要結(jié)論:摻入聚丙烯纖維可以提高鋼筋混凝土箱梁的整體剛度，特別是在較高的荷載狀態(tài)下，可以大幅提高箱梁抵抗撓度的能力;在相同受荷下，跨中底板的橫

5、向應(yīng)變值隨著纖維摻量增加而增大，且在彈塑性階段特別是接近破壞時(shí)表現(xiàn)尤為明顯，說明柔性纖維能有效提高混凝土箱梁的塑性變形能力。
　　(4)基于縮尺模型箱梁試驗(yàn)，利用Midas/FEA建立鋼筋混凝土縮尺箱梁有限元模型，按總應(yīng)變?cè)磉M(jìn)行非線性分析。主要結(jié)論:①相同加荷條件下，摻入柔性纖維后跨中撓度變小;②摻入柔性纖維能有效提高鋼筋混凝土箱梁的承載能力;③纖維的摻入可增加箱梁的縱向剛度和橫向剛度;④摻入纖維，可以減少鋼筋混凝土箱梁的撓度變