鋼纖維高強混凝土增強、增韌機理及基于韌性的設(shè)計方法研究.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)纖維混凝土向高強度、高性能方向的發(fā)展和應(yīng)用趨勢，根據(jù)中國工程建設(shè)標準化協(xié)會的要求，中國土木工程學(xué)會纖維混凝土委員會委托大連理工大學(xué)為主編單位，經(jīng)對原協(xié)會標準《鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》CECS38：92進行全面修訂，制定了新的標準《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，本課題對鋼纖維與高強砂漿的粘結(jié)性能，鋼纖維高強混

2、凝土的基本力學(xué)性能進行了系統(tǒng)的試驗研究；深入分析了鋼纖維與基體間的界面粘結(jié)機理，以及鋼纖維對高強混凝土的增強、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)計方法。 (1).通過進行鋼纖維與高強度水泥砂漿粘結(jié)拉拔試驗，聯(lián)系現(xiàn)有文獻的試驗資料，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種強度等級高強砂漿基體的粘結(jié)性能。分析了基體強度、鋼纖維類型和自身強度對界面極限粘結(jié)強度、纖維破壞形態(tài)的影響，討論

3、了不同類型鋼纖維適用的基體強度范圍。同時發(fā)現(xiàn)，隨著基體砂漿強度的升高，在鋼纖維與基體間界面粘結(jié)剪力的各個組分中，沿鋼纖維體長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度對粘結(jié)滑移曲線特征和粘結(jié)拔出功的影響，當纖維出現(xiàn)拔斷現(xiàn)象時，其增韌效果會大大降低。通過試驗數(shù)據(jù)回歸得出了不同類型鋼纖維與高強水泥砂漿基體間極限粘結(jié)強度計算公式。 (2).針對原有規(guī)程《鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》CECS38：92適用

4、強度等級偏低的問題，本文對鋼纖維高強混凝土的抗壓、抗拉、彎曲、抗剪等基本力學(xué)性能進行了詳細的試驗研究，分析了鋼纖維形狀和自身強度、基體強度、鋼纖維摻量等因素對鋼纖維高強混凝土基本力學(xué)性能的影響。對基于復(fù)合材料理論的SFRC基本強度計算公式進行了回歸，研究了鋼纖維高強混凝土軸拉、彎曲荷載-變形全曲線的特性，提出了統(tǒng)一的鋼纖維混凝土韌性評價模式。給出了鋼纖維高強混凝土劈拉強度、軸拉強度和彎拉強度的關(guān)系式。通過試驗建立了鋼纖維高強混凝土單軸拉

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

6、果近似，而對混凝土極限彎拉強度的增強效果有較大差別；經(jīng)過對已有計算評價方法的比較，選用了鋼纖維高強混凝土彎曲韌性的評價方法，該方法客觀準確，計算和應(yīng)用比較簡單方便，已編入我國《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)對鋼纖維高強混凝土抗剪強度的影響很大。 (3).本文結(jié)合鋼纖維高強混凝土粘結(jié)拔出試驗，對鋼纖維的粘結(jié)拔出界面機理進行了詳細的分析，并以Cox剪滯理論為基礎(chǔ)，將SFRC作為三

7、相體(增強相、被增強相、界面相)進行研究，提出了新的異型鋼纖維與高強砂漿基體間的粘結(jié)拉拔模型；通過對粘結(jié)界面機理的分析和基本力學(xué)性能試驗，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高強混凝土基體的增強、增韌效能，并且給出了新的計算模型。 (4).針對國內(nèi)關(guān)于鋼纖維混凝土工業(yè)建筑地面設(shè)計理論的空白，以Meyehoff的地面板屈服線理論和我國現(xiàn)行《建筑地面設(shè)計規(guī)范》GB50037為基礎(chǔ)，參照英國混凝土學(xué)會技術(shù)報告TR