钢纤维高强混凝土单轴受压本构方程
混凝土本构关系研究现状及发展
第25卷第5期2004年 10月 河南科技大学学报(自然科学版) Journal of Henan University of Science and T echnology(Natural Science) V ol.25N o.5 Oct.2004 基金项目:河南省科技攻关资助项目(53120087)作者简介:刘小敏(1976-),女,河南焦作人,助教.收稿日期:2004-05-18文章编号:1672-6871(2004)05-0058-05 混凝土本构关系研究现状及发展 刘小敏1,王 华2,杨 萌1,崔广仁1 (1.河南科技大学建筑工程学院,河南洛阳471003;2.河南省政法管理干部学院总务处,河南郑州450002) 摘要:对混凝土本构关系模型,从新兴交叉学科的研究成果对混凝土本构关系发展的影响和在特定环境下混 凝土本构关系的新成果两个角度来评析混凝土本构关系研究的发展。指出为了适应混凝土的复杂加载和破 坏的特点,将多种模式组合,如塑性断裂、粘弹塑性、塑性损伤、内时塑性、内时损伤等理论交叉将会得到进一 步加强。此外,有关动力分析、随机因素的本构关系值得深入的探讨。 关键词:混凝土;本构关系;损耗;断裂 中图分类号:TU528.01文献标识码:A 0 前言 混凝土是由胶凝材料、骨料、水以及其它组分按适当的比例配合拌制成混合物,经过一定时间硬化而成的,因此混凝土的综合力学和物理性质既取决于其各组分的性质、配合比以及各相之间力学、物理或化学的相互制约机理等要素,又与制作工艺和周围环境等有关系[1]。就力学特性而言混凝土材料与相对比较均匀的金属材料相比要复杂得多。20世纪60年代以来,对混凝土结构进行有限元分析的实践表明,误差的主要来源是所选用的混凝土本构模型不能很好地描述材料的本构行为,因此对混凝土本构关系进行更精确的研究愈显必要[2]。本文对混凝土本构模型的发展进行了简要回顾,综述了本构关系研究现状,提出了目前尚需解决的主要问题和今后发展方向。 1 现有本构理论模型 迄今为止,有关力学的各种理论都己被用作建立混凝土本构模型的理论依据。现有的混凝土本构模型概括起来主要有:(1)线弹性模型;(2)非线弹性模型;(3)塑性理论模型;(4)其它力学理论类模型。其中,(1)、(3)类模型是将成熟的力学体系(即弹性力学和塑性力学理论等)的观点和方法作为基础,移植至混凝土;(4)类模型则是借鉴一些新兴的力学分支,如粘性2弹(塑)性理论、内时理论、断裂力学、损伤力学等的概念和方法,结合混凝土的材料特点推导出的;(2)类模型主要依据混凝土多轴试验的数据和规律,进行总结和回归分析得到的。 现有各类本构模型的理论基础、观点和方法迥异,使用范围和计算结果差别大,很难确认一个通用的混凝土本构模型,只能根据结构特点、应力范围和精度要求等加以适当选用。至今,实际工程中应用最广泛的还是源自试验、计算精度有保证、形式简明和使用方便的非线弹性类本构模型[3]。 2 混凝土本构关系研究现状及简析 近年来对混凝土本构关系的研究发展很快,但有相对的集中性,下面主要从两个角度来评析混凝土本构关系研究的发展。 2.1 新兴交叉学科的研究成果对混凝土本构关系发展的影响 2.1.1 基于断裂力学的本构关系 (1)线形本构模型。近年来一些研究者提出的基于粘聚力的裂缝扩展阻力曲线(K R阻力曲线),揭示了准脆性材料裂缝扩展过程中粘聚力与裂缝扩展阻力之间的关系,反映断裂过程区软化特性的混凝
ANSYS中混凝土的本构关系
一、关于模型 钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式主要分为三种，即分离式、分布式和组合式模型。考虑钢筋和混凝土之间的粘结和滑移，则采用引入粘结单元的分离式模型；假定混凝土和钢筋粘结很好，不考虑二者之间的滑移，则三种模型都可以；分离式和分布式模型适用于二维和三维结构分析，后者对杆系结构分析比较适用。裂缝的处理方式有离散裂缝模型、分布裂缝模型和断裂力学模型，后者目前尚处研究之中，主要应用的是前两种。离散裂缝模型和分布裂缝模型各有特点，可根据不同的分析目的选择使用。随着计算速度和网格自动划分的快速实现，离散裂缝模型又有被推广使用的趋势。 就ANSYS而言，她可以考虑分离式模型(solid65+link8，认为混凝土和钢筋粘结很好，如要考虑粘结和滑移，则可引入弹簧单元进行模拟，比较困难！)，也可采用分布式模型(带筋的solid65)。而其裂缝的处理方式则为分布裂缝模型。 二、关于本构关系 混凝土的本构关系可以分为线弹性、非线性弹性、弹塑性及其它力学理论等四类，其中研究最多的是非线性弹性和弹塑性本构关系，其中不乏实用者。混凝土破坏准则从单参数到五参数模型达数十个模型，或借用古典强度理论或基于试验结果等，各个破坏准则的表达方式和繁简程度各异，适用范围和计算精度差别也比较大，给使用带来了一定的困难。 就ANSYS而言，其问题比较复杂些。 1 ANSYS混凝土的破坏准则与屈服准则是如何定义的？ 采用tb,concr,matnum则定义了W-W破坏准则(failure criterion)，而非屈服准则(yield criterion)。W-W破坏准则是用于检查混凝土开裂和压碎用的，而混凝土的塑性可以另外考虑（当然是在开裂和压碎之前）。理论上破坏准则(failure criterion)和屈服准则(yield criterion)是不同的，例如在高静水压力下会发生相当的塑性变形，表现为屈服，但没有破坏。而工程上又常将二者等同，其原因是工程结构不容许有很大的塑性变形，且混凝土等材料的屈服点不够明确，但破坏点非常明确。 定义tb,concr matnum后仅仅是定义了混凝土的破坏准则和缺省的本构关系，即W—W破坏准则、混凝土开裂和压碎前均为线性的应力应变关系，而开裂和压碎后采用其给出的本构关系。但屈服准则尚可另外定义(随材料的应力应变关系，如tb,MKIN,则定义的屈服准则是Von Mises,流动法则、硬化法则也就确定了)。 2 定义tb,concr后可否定义其它的应力应变关系 当然是可以的，并且只有在定义tb,concr后，有些问题才好解决。例如可以定义tb,miso,输入混凝土的应力应变关系曲线(多折线实现)，这样也就将屈服准则、流动法则、硬化法则等确定了。 这里可能存在一点疑问，即ANSYS中的应力应变关系是拉压相等的，而混凝土材料显然不是这样的。是的，因为混凝土受拉段非常短，认为拉压相同影响很小，且由于定义的tb,concr 中确定了开裂强度，所以尽管定义的是一条大曲线，但应用于受拉部分的很小。 三、具体的系数及公式 1 定义tb,concr时候的两个系数如何确定？ 一般的参考书中，其值建议先取为0.3~0.5(江见鲸)，原话是“在没有更仔细的数据时，不妨先取0.3~0.5进行计算”，足见此0.3~0.5值的可用程度。根据我的经验和理由，建议此值取大些，即开裂的剪力传递系数取0.5,（定要>0.2）闭合的剪力传递系数取1.0。支持此说法的还有 现行铁路桥规的抗剪计算理论，以及原公路桥规的容许应力法的抗计剪计算。
钢纤维及钢纤维混凝土的技术及规定
钢纤维及钢纤维混凝土知识 混凝土用纤维的分类: 所用纤维按其材料性质可分为：①金属纤维。如钢纤维(钢纤维混凝土)、不锈钢纤维(适用于耐热混凝土)。②无机纤维。主要有天然矿物纤维（温石棉、青石棉、铁石棉等）和人造矿物纤维（抗碱玻璃纤维及抗碱矿棉等碳纤维）。③有机纤维。主要有合成纤维（聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、尼龙、芳族聚酰亚胺等）和植物纤维（西沙尔麻、龙舌兰等），合成纤维混凝土不宜使用于高于60℃的热环境中。 钢纤维的性能和规格: 钢纤维是以切断细钢丝法、冷轧带钢剪切、钢锭铣削或钢水快速冷凝法制成长径比(纤维长度与其直径的比值,当纤维截面为非圆形时,采用换算等效截面圆面积的直径)为40～80的纤维。 因制取方法的不同钢纤维的性能有很大不同，如冷拔钢丝拉伸强度为800-2000MPa、冷轧带钢剪切法拉伸强度为600-900MPa、钢锭铣削法为700MPa；钢水冷凝法虽为380MPa，但是适合生产耐热纤维。 为增强砂浆或混凝土而加入的、长度和直径在一定范围内的细钢丝。常用截面为圆形的长直钢纤维，其长度为10～60毫米，直径为0.2～0.6毫米，长径比为50～100。为增加纤维和砂浆或混凝土的界面粘结,可选用各种异形的钢纤维,其截面有矩形、锯齿形、弯月形的;截面尺寸沿长度而交替变化的；波形的;圆圈状的;端部放大的或带弯钩的等。 钢纤维的规格:
钢纤维是当今世界各国普遍采用的混凝土增强材料。钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性。 纤维混凝土的作用: 制造纤维混凝土主要使用具有一定长径比（即纤维的长度与直径的比值）的短纤维。但有时也使用长纤维（如玻璃纤维无捻粗纱、聚丙烯纤化薄膜）或纤维制品（如玻璃纤维网格布、玻璃纤维毡）。其抗拉极限强度可提高30～50％。 纤维在纤维混凝土中的主要作用，在于限制在外力作用下水泥基料中裂缝的扩展。在受荷（拉、弯）初期，当配料合适并掺有适宜的高效减水剂时，水泥基料与纤维共同承受外力，而前者是外力的主要承受者；当基料发生开裂后，横跨裂缝的纤维成为外力的主要承受者。 若纤维的体积掺量大于某一临界值，整个复合材料可继续承受较高的荷载并产生较大的变形，直到纤维被拉断或纤维从基料中被拨出，以致复合材料破坏。与普通混凝土相比，纤维混凝土具有较高的抗拉与抗弯极限强度，尤以韧性提高的幅度为大。 钢纤维主要用于制造钢纤维混凝土，任何方法生产的钢纤维都能起到强化混凝土的作用。 纤维的增强效果主要取决于基体强度(fm)，纤维的长径比(钢纤维长度l与直径d的比值，即I/d)，纤维的体积率(钢纤维混凝土中钢纤维所占体积百分数)，纤维与基体间的粘结强度(τ)，以及纤维在基体中的分布和取向(η)的影响。当钢纤维混凝土破坏时，大都是纤维被拔出而不是被拉断，因此改善纤维与基体间的粘结强度是改善纤维增强效果的主要控制因素之一。 钢纤维混凝土的力学性能： 加入钢纤维的混凝土其抗压强度、拉伸强度、抗弯强度、冲击强度、韧性、冲击韧性等性能均得到较大提高。 1、具有较高的抗拉、抗弯、抗剪和抗扭强度 在混凝土中掺入适量钢纤维，其抗压强度提高10%~80%（C50以上混凝土提高幅度显著），抗拉强度提高50%~100%，抗弯强度提高50%~80%，抗剪强度提高50%~100%。试验表明，长度为5~15mm，长径比为10~30的超短钢纤维抗压强度提高幅度较短纤维大得多，但抗拉强度、抗折强度较短纤维低得多。 2、具有卓越的抗冲击性能 材料抵抗冲击或震动荷载作用的性能，称为冲击韧性，在通常的纤维掺量下，冲击抗压韧性可提高2~7倍，冲击抗弯、抗拉等韧性可提高几倍到几十倍。 3、收缩性能明显改善 在通常的纤维掺量下，钢纤维混凝土较普通混凝土的收缩值降低
钢纤维混凝土地坪
1.前言 所谓钢纤维混凝土是以水泥净浆、砂浆或混凝土为基体，以金属纤维增强材料组成的水泥基复合材料。它是将短而细的，具有高抗拉强度、高极限延伸率、高抗碱性等良好性能的金属纤维均匀分散在混凝土基体中形成的一种新型建筑材料。钢纤维混凝土克服了普通混凝土抗拉强度低、极限延伸率小、脆性等缺点，具有优良的抗拉、抗弯、抗剪、阻裂、耐疲劳、高韧性等性能。纤维在混凝土中限制混凝土早期裂缝的产生及在外力作用下裂缝的进一步扩展。在纤维混凝土受力初期，纤维与混凝土共同受力，此时混凝土是外力的主要承担者，随着外力的不断增加或者外力持续一定时间，当裂缝扩展到一定程度之后，混凝土退出工作，纤维成为外力的主要承担者，横跨裂缝的纤维极大的限制了混凝土裂缝的进一步扩展。 2.钢纤维混凝土的基本性能 （1）强度和重量比值增大。这是钢纤维混凝土具有优越经济性的重要标志。（2）具有较高的抗拉、抗弯、抗剪和抗扭强度。在混凝土中掺入适量钢纤维，其抗拉强度提高25%～50%，抗弯强度提高40%～80%，抗剪强度提高50%～100%。 （3）具有卓越的抗冲击性能。材料抵抗冲击或震动荷载作用的性能，称为冲击韧性，在通常的纤维掺量下，冲击抗压韧性可提高2～7倍，冲击抗弯、抗拉等韧性可提高几倍到几十倍。 （4）收缩性能明显改善。在通常的纤维掺量下，钢纤维混凝土较普通混凝土的收缩值降低7%～9%。 （5）抗疲劳性能显著提高。钢纤维混凝土的抗弯和抗压疲劳性能比普通混凝土都有较大改善。 （6）耐久性能显著提高。钢纤维混凝土除抗渗性能与普通混凝土相比没有明显变化外，由于钢纤维混凝土抗裂性、整体性好，因而耐冻融性、耐热性、耐磨性、抗气蚀性和抗腐蚀性均有显著提高。例如，掺量为1%、强度等级为CF35的钢纤维混凝土耐磨损失比普通混凝土降低30%。掺有2%钢纤维高强混凝土抗气蚀能力较其他条件相同的高强混凝土提高1.4倍。钢纤维混凝土在空气、污水和海水中都呈现良好的耐腐蚀性，暴露在污水和海水中5年后的试件碳化深度小于
混凝土本构关系模型
一、混凝土本构关系模型 1.混凝土单轴受压应力-应变关系 （1）Saenz 等人的表达式 Saenz 等人（1964年）所提出的应力-应变关系为： ])()()( /[30 200εεεεεεεσd c b a E +++= （2）Hognestad 的表达式 Hognestad 建议模型，其上升段为二次抛物线，下降段为斜直线。所提出的应力-应变关系为： cu cu εεεσσεεσσεεεεεεεε≤≤-=≤-=--000 02,)]( 15.01[,])(2[0 00 （3）我国《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）中的混凝土受压应力-应变曲线，其表达式为： 1,)1(1 ,)1(2>+-=≤+-= x x x x y x x n nx y c n α r c x ,εε= ，r c f y ,σ= ，r c r c c r c c f E E n ,,,-=εε c α是混凝土单轴受压时的应力应变曲线在下降段的参数值，r c f ,是混凝土单轴抗压的 强度代表值，r c ,ε是与单轴抗压强度r c f ,相对应的混凝土峰值压应变。 2.混凝土单轴受拉应力-应变关系 清华大学过镇海等根据实验结果得出混凝土轴心受拉应力-应变曲线： 1 ],)1(/[)/(1 ,])(2.0)(2.1[7 .16≥+-?=≤-=t t t t t t t t t t εε εεεεεεεεεεασεεσσσ 3.混凝土线弹性应力-应变关系 张量表达式，对于未开裂混凝土，其线弹性应力应变关系可用不同材料常数表达，其中用材料弹性模量E 和泊松比v 表达的应力应变关系为： ij kk E ij E ij ij kk E ij E ij δσσεδεεσν ν νννν-=+=+-++1)21)(1(1
钢纤维混凝土地坪
1.前言 钢纤维混凝土是以水泥净浆、砂浆或混凝土为基体，以金属纤维增强材料组成的水泥基复合材料。它是将短而细的，具有高抗拉强度、高极限延伸率、高抗碱性等良好性能的金属纤维均匀分散在混凝土基体中形成的一种新型建筑材料。 钢纤维混凝土克服了普通混凝土抗拉强度低、极限延伸率小、脆性等缺点，具有优良的抗拉、抗弯、抗剪、阻裂、耐疲劳、高韧性等性能。纤维在混凝土中限制混凝土早期裂缝的产生及在外力作用下裂缝的进一步扩展。在纤维混凝土受力初期，纤维与混凝土共同受力，此时混凝土是外力的主要承担者，随着外力的不断增加或者外力持续一定时间，当裂缝扩展到一定程度之后，混凝土退出工作，纤维成为外力的主要承担者，横跨裂缝的纤维极大的限制了混凝土裂缝的进一步扩展。 2.钢纤维混凝土的基本性能 （1）强度和重量比值增大。这是钢纤维混凝土具有优越经济性的重要标志。（2）具有较高的抗拉、抗弯、抗剪和抗扭强度。在混凝土中掺入适量钢纤维，其抗拉强度提高25%～50%，抗弯强度提高40%～80%，抗剪强度提高50%～100%。 （3）具有卓越的抗冲击性能。材料抵抗冲击或震动荷载作用的性能，称为冲击韧性，在通常的纤维掺量下，冲击抗压韧性可提高2～7倍，冲击抗弯、抗拉等韧性可提高几倍到几十倍。 （4）收缩性能明显改善。在通常的纤维掺量下，钢纤维混凝土较普通混凝土的收缩值降低7%～9%。 （5）抗疲劳性能显著提高。钢纤维混凝土的抗弯和抗压疲劳性能比普通混凝土都有较大改善。 （6）耐久性能显著提高。钢纤维混凝土除抗渗性能与普通混凝土相比没有明显变化外，由于钢纤维混凝土抗裂性、整体性好，因而耐冻融性、耐热性、耐磨性、抗气蚀性和抗腐蚀性均有显著提高。例如，掺量为1%、强度等级为CF35的钢纤维混凝土耐磨损失比普通混凝土降低30%。掺有2%钢纤维高强混凝土抗气蚀能力较其他条件相同的高强混凝土提高1.4倍。钢纤维混凝土在空气、污水和海水中都呈现良好的耐腐蚀性，暴露在污水和海水中5年后的试件碳化深度小于
钢纤维混凝土的性能综述
附件1：外文资料翻译译文 钢纤维混凝土的性能综述 摘要钢纤维混凝土（SFRC），作为一种新的土木工程复合材料，近年来已经得到广泛研究。本文对钢纤维混凝土的基本性能作出了简单的介绍，并通过以下几个方面的研究对钢纤维混凝土进行了讨论：钢纤维的含量和尺寸；三轴试验；拉伸和压缩性能；耐疲劳性能；动态力学性能；延性和一些其他性能。本文提出的问题还有待解决，且对高性能钢纤维混凝土的进一步发展前景提出了建议。关键词钢纤维混凝土SFRC 性能 1 引言 作为最常用的建筑材料，混凝土具有悠久的历史。在19世纪中期，由于钢筋混凝土（RC）的广泛使用，形成了新的工程结构形式，推动了设计和计算新理论，此外还有新的建筑技术。 然而，混凝土有一些固有的缺点，如抗拉强度低，延性差和能量吸收少。随着混凝土的强度增加，这些缺点就越显著。因此，很多专家努力改善混凝土的性能。改善普通混凝土性能的有效方法是在骨料和水泥混合时通过加入一小部分的钢筋（在大多数情况下为0.5％-2％）来实现的。钢纤维混凝土的研究起步于20世纪60年代。这些年来经过广泛研究之后，人们普遍认为，加钢纤维的混凝土可以显著提高混凝土的性能。 在钢纤维混凝土中钢筋的作用是限制裂缝的发展。在负载的初期状态，由骨料和钢纤维负荷，前者是主要载体。开裂发生后，靠近裂缝的钢纤维成为主要载体。如果钢纤维的体积分数超过某一临界值时，钢纤维混凝土能够承受较高的载荷和较大的变形，直到钢纤维被破坏或拉出。因此，与传统的普通钢筋混凝土相比，钢纤维混凝土具有较高的抗压强度、抗拉强度以及韧性。 2 钢纤维混凝土的性能
2.1 钢纤维的尺寸和含量 对于几种不同类型的钢纤维，它们具有不同的长度，直径，形状，以及不同的制造工艺。因此，20世纪90年代末对钢纤维混凝土的研究越来越普遍，而对于研究人员设计的实验室测试，他们关注的第一点就是钢纤维的含量和尺寸。 C.X.Qian等人研究了优化的钢纤维尺寸，钢纤维含量等参数。研究结果表明：钢纤维大小不同表现出不同的力学性能，且至少有一个方面的力学性能是不同的。少量纤维的添加对抗压强度有着显著的影响，而对抗拉强度只有轻微的影响。大量纤维则会产生相反的力学效应，这一措施可以优化纵横比。这种钢纤维尺寸的影响是由于不同的测试模式引起不同的裂缝密度所引起的。 在混合纤维系统中，协同效应可以实现与一个具有较高的总纤维含量的单丝系统所实现的效果相类似，这个系统对提供的不同类型和尺寸的纤维进行了适当的分配。 S.J.Pantazopoulou等人在2001年共测试了250个由不同钢纤维和聚丙烯纤维制成的混凝土圆柱体试件。结果表明：超细纤维的添加量＜1%时，可以提高材料的弹性模量和应力-应变刚度峰值，但大量纤维混凝土的浇筑过程对压实度有着不利影响。峰后延展性可以通过加入长纤维来增强。当钢筋是具有轴向刚性的纤维时，纤维的依从性是由于沿纤维锚固长度方向有不可逆的损伤引起的，然而，对于弹性模量低的纤维，是由于它们是交叉裂纹路径可逆伸长的纤维。通过加入纤维影响混凝土的机械性能的变化是类似于被动约束引起的变化，这两者都提供一个对侧向膨胀混凝土的运动学约束，从而降低其发生率和失效率。 2.2 延性和疲劳 W.Yin等人在1995年研究了疲劳强度和普通钢纤维混凝土的性质。72个钢筋混凝土试件，其中有含量为1％（25毫米）的长纤维，在压缩疲劳强度上进行了测试。在0（单轴），0.2，0.5和1.0的应力比下分别得到的SN曲线，从而产生一系列的疲劳应力的纤维混凝土。研究发现，添加纤维不会增加混凝土耐久极限，但是有益于在低周期区域的持久极限。此外，添加纤维的混凝土增加其延展性，改变失效模式的分裂型断层类型。所有这些现象可以通过水泥砂基质的微裂纹发展来观察，并在基体和聚集体之间的粘合面进行说明。 Shanhou Lu 等人在1998年测试了带肋纹钢纤维高性能混凝土的弯曲疲劳强
无筋钢纤维混凝土管片正常使用极限状态设计方法研究
无筋钢纤维混凝土管片正常使用极限状态设计方法研究 钢纤维混凝土由于其优良的阻裂、抗渗、耐久性等特性而被广泛的应用于工程结构中,然而目前混凝土主要受力构件中钢纤维并没有完全取代钢筋,一方面并没有充分发挥钢纤维的优良特性,另一方面施工成本并没有减少,反而在制造工艺上会加大资金投入。实际上无筋钢纤维混凝土构件具有其特定的使用空间,本文依托沈阳地铁9号线工程,通过文献调研、基础力学试验、压弯梁构件试验以及理论推导等手段,对无筋钢纤维混凝土管片结构在不同受力条件下的正常使用极限状态设计方法展开了研究,并取得以下主要成果:(1)通过12块立方体压块试验以及48根切口梁试验,开展了钢纤维对混凝土基体力学性能的影响研究,试验结果表明,钢纤维的添加使得立方体抗压强度提高了10%~18%;对于4D型号钢纤维混凝土,最优掺量为35kg/m~3,对于5D型号钢纤维混凝土,最优掺量为 30kg/m~3;4D和5D型号钢纤维混凝土在25~40kg/m~3掺量时的轴拉本构关系以软化模型为主。 (2)通过不同偏心距条件下压弯梁构件试验,开展了受力条件对无筋钢纤维混凝土构件承载力影响规律研究,研究结果表明,构件主裂缝宽度达到0.2mm时,偏心距e=0.10m时的弯矩承载力分别是偏心距e=0.15m、e=0.20m、e=0.30m时承载力的1.5倍、2.25倍、2.5倍。另外,对压弯梁主裂缝的高度和宽度进行了Boltsmann拟合,将预测拟合公式和试验结果对比发现,拟合结果可靠。 (3)由于目前难以直接计算无筋混凝土构件裂缝宽度等原因,提出了基于承载力表达式的正常使用极限状态设计方法。对比分析国内外设计方法的局限和不足,以试验为基础,参考包络线法,并分析正截面合理的应力应变分布形式,提出了不同偏心距下的设计方法,并通过依托工程典型工况验证了其合理性。
钢纤维混凝土()
钢纤维混凝土 随着国民经济建设和公路交通事业的飞速发展，城市道路和国道干线公路上的车辆荷载及密度越来越大，行驶速度越来越快，致使路面的损坏也日趋严重起来。特别是对损坏的水泥混凝土路面而言，它不仅翻修投资大，且施工周期较长，严重影响交通畅通及行车安全。如用普通水泥混凝土修复路面虽有强度高，板块性好，有一定的抗磨性及承受气象作用的耐久性好等特点，但它的最大缺陷是脆性大、易开裂、抗温性差，路面板块容易受弯折而产生断裂，所以就要求路面面板应有足够的抗弯、抗拉强度和厚度。用钢纤维混凝土修筑路面，就是意将钢纤维均匀地分散于基体混凝土中（与混凝土一起搅拌），并通过分散的钢纤维，减小因荷载在基体混凝土引起的细裂缝端部的应力集中，从而控制混凝土裂缝的扩展，提高整个复合材料的抗裂性。同时由于混凝土与钢纤维接触界面之间有很大的界面粘结力，因而可将外力传到抗拉强度大、延伸率高的纤维上面，使钢纤维混凝土作为一个均匀的整体抵抗外力的作用，显着提高了混凝土原有的抗拉、抗弯强度和断裂延伸率。特别是提高了混凝土的韧性和抗冲击性。 实践证明，采用钢纤维混凝土这一新型高强复合材料对路面修理，既可提高路面的抗裂性、抗弯曲、耐冲击和耐疲劳性，而且可改善路面的使用性能，延长使用寿命从而减少老路开挖，对节省工程造价等具有重要的经济效益和社会效益；为提高道路补强与改造提供了良好的途径。 1、基本要求 1.1钢纤维混凝土材料 钢纤维混凝土就是在一般普通混凝土中掺配一定数量的短而细的钢纤维所组成的一种新型高强复合材料。由于钢纤维阻滞基体混凝土裂缝的产生，不但具有
普通混凝土的优良性能，而且具有良好的抗折、抗冲击、抗疲劳以及收缩率小、韧性好、耐磨耗能力强等特性。可使路面厚度减薄50%以上，缩缝间距可增至15m～30m，不用设胀缝和纵缝。钢纤维混凝土用钢纤维类型有圆直型、熔抽型和剪切型钢纤维。其长度分为各种不同规格，最佳长径比为40～70，截面直径在0.4mm～ 0.7mm范围内，抗拉强度不低于380mpa.在施工时钢纤维在混凝土中的掺入量为 1.0%～ 2.0%（体积比），但最大掺量不宜超过2.0%。水泥采用425#～525#普通硅酸盐水泥，以保证混合料具有较高的强度和耐磨性能。钢纤维混凝土用的粗骨料最大粒径为钢纤维长度的2 3.不宜大于20mm.细集料采用中粗砂，平均粒径 0.35mm～0.45mm，松装密度1.37g/cm3.砂率采用45%～50%。 1.2钢纤维混凝土配合比 钢纤维混凝土混合料配合比的要求首先应使路面厚度减薄，其次是保证钢纤维混凝土有较高的抗弯强度，以满足结构设计对强度等级的要求即抗压强度与抗折强度，以及施工的和易性。钢纤维混凝土配合比设计基本按以下步骤进行。 （1）根据强度设计值以及施工配制强度提高系数，确定试配抗压强度与抗折强度；钢纤维混凝土抗折强度设计值的确定：fftm＝ftm（1+atmpflf/df）式中fftm――钢纤维混凝土抗折强度设计值；ftm――与钢纤维混凝土具有相同的配合材料、水灰比和相近稠度的素混凝土的抗折强度设计值；atm――钢纤维对抗折强度的影响系数（试验确定）；pf――钢纤维体积率，%；lf/df――钢纤维长径比，当ftm＜6.0n/mm2时，可按表1采用。 （2）根据试配抗压强度计算水灰比； （3）根据试配抗压强度，确定钢纤维体积率，一般浇筑成型的结构范围在0.5%～2.0%之间；
钢纤维混凝土优点
钢纤维混凝土 钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，它克服了混凝土抗拉强度低、极限延伸率小、性脆等缺点,显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有优良的抗拉、抗弯、抗剪、阻裂、耐疲劳、高韧性、延展性等性能。 钢纤维混凝土的纤维体积率在1%—2%之间，较之普通混凝土，抗拉强度提高40%—80%，抗弯强度提高60%—120%，抗剪强度提高50%一100%，抗压强度提高幅度较小，一般在0—25%之间，但抗压韧性却大幅度提高。 1.强度和重量比值增大 这是钢纤维混凝土具有优越经济性的重要标志。 2.具有较高的抗拉、抗弯、抗剪和抗扭强度 钢纤维混凝土抗拉强度提高25%～50%,抗弯强度提高40%～80%,抗剪强度提高50%～100%。钢纤维混凝土由于抗拉、抗弯、抗剪强度高,能承受较大的围岩和土体的变形作用而保持良好的整体性。 3.具有卓越的抗冲击性能 材料抵抗冲击或震动荷载作用的性能,称为冲击韧性,钢纤维混凝土抗冲击抗压韧性可提高2～7倍,冲击抗弯、抗拉等韧性可提高几倍到几十倍。 4.收缩性能明显改善 钢纤维混凝土较普通混凝土的收缩值降低7%～9%。 5.抗疲劳性能显著提高 钢纤维混凝土的抗弯和抗压疲劳性能比普通混凝土都有较大改善。当掺有1.5%钢纤维抗弯疲劳寿命为1×106次时,应力比为0.68,而普通混凝土仅为0.51;当掺有2%钢纤维混凝土抗压疲劳寿命达2×106次时,应力比为0.92,而普通混凝土仅为0.56。由于钢纤维混凝土具有较高的抗拉强度、断裂韧性和抗疲劳等性能,因此,可用于承受动力荷载的机墩、抗震结构的框架节点等部位。 6.耐久性能显著提高 钢纤维混凝土抗裂性、整体性好、收缩率低,因而防水、防渗性、耐冻融性、耐热性、耐磨性、抗气蚀性和抗腐蚀性均有显著提高。可用于地下室防渗等工程。 掺有1.5%的钢纤维混凝土经150次冻融循环,其抗压和抗弯强度下降约20%,而其他条件相同的普通混凝土却下降60%以上,经过200次冻融循环,钢纤维混凝
钢纤维掺入对混凝土管片局部力学性能的改善.
华南理工大学学报(自然科学版第35卷第7期Journa l o f South C hina U niversity o f Techno l o g y V o.l 35 N o.7 2007年7月 (N atura l Science Editi o n Jul y 2007 文章编号:1000 565X (200707 0116 06 收稿日期:2006 09 06 作者简介:莫海鸿(1955 ,男,教授,博士生导师,主要从事岩土工程和地下结构的研究.E m ai:l cvhh m o@scut .edu .cn 钢纤维掺入对混凝土管片局部力学性能的改善 莫海鸿陈俊生梁松杨医博苏轶 (华南理工大学建筑学院,广东广州510640 摘要:为评价钢纤维掺入对盾构隧道混凝土管片局部力学性能的改善情况,采用通用有限元软件AD I N A,分别对盾构隧道钢纤维混凝土管片在千斤顶顶力作用及管片接头在正常运营阶段的开裂荷载、应力分布及裂缝分布进行了三维有限元数值试验.结果表明:掺入钢纤维能有效改善管片表面、手孔和螺栓孔部位的局部力学性能;钢纤维混凝土管片的初裂荷载比普通混凝土管片提高13 3%~22 7%,说明管片的抗裂性能有较大提高.关键词:钢纤维;混凝土;盾构隧道;管片;力学性能中图分类号:U 455 文献标识码:A
盾构隧道管片在运输、安装及正常运营过程中出现的局部开裂、破损或裂缝等问题,都会使管片结构的整体性被破坏、发生渗漏和腐蚀现象,对隧道结构的安全性和耐久性产生不利影响 [1 2] .从文献[2] 的研究成果可知,钢筋混凝土管片的破损大多发生在管片表层,并没有深入管片内部.当管片出现裂缝时,钢筋的应力仍处于较低的水平. 从文献[3]对管片局部破损产生机理的讨论可知,管片表面混凝土在各种施工作用荷载下产生较大的拉应变是当前钢筋混凝土管片破损的主要原因.钢纤维掺入能明显提高混凝土的抗折、抗拉和抗冲击能力 [4] .因此,在钢筋混凝土管片中掺入钢纤 维,可望能改善混凝土管片素混凝土保护层的局部力学性能,降低损坏率,提高管片的抗裂性能.国外已有应用钢纤维混凝土制造管片的成功实例 [5 6] . 在国内,尽管钢纤维混凝土材料的研究与应用已相当成熟,但钢纤维混凝土材料在盾构隧道管片中的应用仍处于起步阶段,仅在广州进行了钢纤维混凝土管片的材料试验 [7] ,在上海轨道交通M 6号线建
钢纤维混凝土本构关系
纤维增强混凝土力学特性的研究开始于本世纪60年代。J. P. Romualdi等首先通过系列研究讨论了钢纤维约束混凝土裂缝开展的机理,提出了基于断裂分析的纤维间距理论,为钢纤维混凝土的实用化开辟了道路, R. N. Sw amy 和A. E. Naaman等则对钢纤维混凝土的增强机理提出了复合材料强化法则。嗣后,随着钢纤维混凝土的推广应用,美国混凝土学会根据需要增设了专门的纤维混凝土委员会( ACI544) ,国际标准化协会也增设了纤维水泥制品技术标准委员会( ISO TC77)。许多专家学者对钢纤维混凝土的基本强度特性和基本变形特性进行了大量试验研究,对钢纤维混凝土的断裂性能和疲劳特性也开展了部分试验研究. 纤维增强混凝土力学特性的研究开始于本世纪60年代。J. P. Romualdi等首先通过系列 研究讨论了钢纤维约束混凝土裂缝开展的机理,提出了基于断裂分析的纤维间距理论,为钢纤维混凝土的实用化开辟了道路, R. N. Sw amy 和A. E. Naaman等则对钢纤维混凝土的增强机理提出了复合材料强化法则。嗣后,随着钢纤维混凝土的推广应用,美国混凝土学会根据需要增设了专门的纤维混凝土委员会( ACI544) ,国际标准化协会也增设了纤维水泥制品技术标准委员会( ISO TC77)。许多专家学者对钢纤维混凝土的基本强度特性和基本变形特性进行了大量试验研究,对钢纤维混凝土的断裂性能和疲劳特性也开展了部分试验研究。 钢纤维混凝土抗弯和抗剪构件、框架结构节点、桥面板和建筑楼板等构件的结构性能研 究也取得了许多有益于理论分析和实际设计的成果, 并且这些成果大多已反映在有关的钢纤维混凝土设计和施工规程中 我国对钢纤维混凝土基本理论的研究开始于70年代, 进入80年代后, 这一领域的试验 研究有了迅速的开展。大连理工大学赵国藩教授首先从断裂力学理论出发, 导出了与复合材料理论相一致的乱向分布钢纤维混凝土抗拉强度公式, 并分析了钢纤维混凝土的增强机理和 破坏形态。空军工程学院章文纲、程铁生进行了单调轴压荷载下钢纤维混凝土应力—应变全 过程以及钢纤维框架节点抗震性能和钢纤维混凝土梁抗剪性能的试验研究。铁道部科学研究院在应用推广钢纤维混凝土于铁路轨枕、桥面铺装和工程加固修复的同时, 开展了材料基本强度和抗冲击、抗磨等性能的试验研究。 为了更好地推动钢纤维混凝土的发展, 在中国土木工程学会下专门设立了纤维混凝土委 员会, 积极组织开展国内外学术交流。组织召开了七届全国性纤维水泥与纤维混凝土学术会议, 编制并颁布了《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》( CECS 38∶93) 和《钢纤维混凝土试验方法》( CECS 13∶89) , 极大地推动了钢纤维混凝土在我国的应用与发展。 铁道部科学研究院于1988～1990年开展了《钢纤维混凝土的本构关系及疲劳损伤研究》。主要完成了: ——钢纤维混凝土基本强度规律的试验研究, 包括抗拉、抗压、抗剪和抗弯强度, 以及 钢纤维掺量对强度的影响; ——钢纤维混凝土单轴及多轴应力状态下变形规律的试验研究, 包括单轴压缩和三向压 缩变形全曲线、弯曲和拉伸变形全过程、以及钢纤维掺量对变形规律的影响; ——钢纤维混凝土配筋梁静载弯曲性能和破坏形态的试验研究; ——钢纤维混凝土断裂能和断裂韧性的试验研究; ——钢纤维混凝土在单轴压缩状态下疲劳变形和损伤演化规律, 以及疲劳寿命预测的试
钢纤维高强混凝土的断裂韧度
第１０卷第５期２００７年１０月 建筑材料学报 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＢＵＩＩ。ＤＩＮＧＭＡＴＥＲＩＡＬＳ Ｖ０１．１０，Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．，２００７ 文章缡号；１００７－－９６２９（２００７）０５－－０５７７－－０６ 钢纤维高强混凝土的断裂韧度 张廷毅，高丹盈，朱海堂 （郑州大学新型建材与结构研究中心，河南郑州４５０００２） 摘要：通过１００个尺寸为ｉ００Ｉｎｍ×１００ｍｉＤ．ｘ５１５ｈｉｍ的铜纤维高强混凝土试件以夏相 同尺寸的４５个高强混凝土试件切口粱三点弯曲试验，探讨了钢圩雏体积分数和相对切口 深度对高强混凝土断裂韧度的影响和高强混凝土断裂韧度的统计分布规律．结果表明，随 着钢纤维体积分数的增加，钢纤维高强混凝土断裂韧度增益比成线性增加；随着切口深度 的增加，断裂韧度略有降低；高强混凝土断裂韧度服从威布尔分布．在试验结果的基础上， 建立了钢纤维高强混凝土断裂韧度的计算公式． 关键词；钢纤维；高强混凝土，概率分布；断裂韧度 中图分类号：ＴＵ５２８．５７２文献标识码：Ａ ＦｒａｃｔｕｒｅＴｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆＳｔｅｅｌＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＨｉｇｈＳｔｒｅｎｇｔｈＣｏｎｃｒｅｔｅ ＺＨＡＮＧＴｉｎｇ—ｙｉ，ＧＡＯＤａｎ—ｙｉｎｇ，ＺＨＵＨａｌ—ｔａｎｇ （ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＮｅｗＳｔｙｌｅＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌ８ＬＳｔｒｕｃｔｕｒｅ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｒｅｅ－ｐｏｉｎｔｂｅｎｄｉｎｇｔｅｓｔｏｎ１００ｓｐｅｃｉｍｅｎｓｏｆｓｔｅｅｌｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅ（ＳＦＨＳＣ）ａｎｄ４５ｓｐｅｃｉｍｅｎｓｏｆｐｌａｉｎｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅ（ＨＳＣ）ｗｉｔｈｔｈｅｓｉｚｅｏｆ１００ｍｍ×ｉ００ｍｍ×５１５ｍｍ，ｔｈｅｅｆｔｅｅｔｏｆｔｈｅｆｉｂｅｒｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎ（竹）ａｎｄｒｅｌａｔｉｖｅｎｏｔｃｈｄｅｐｔｈ（ａ／Ｗ）ｏｎｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｔｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆｐｌａｉｎｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｐｒｏｂａｂｉ－ｌｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｔｏｕｇｈｎｅｓｓ（Ｋｔ）ｏｆｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅｗａｓｓｔｕｄｉｅｄａｓｗｅｌｌ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｉｎｃｒｅｍｅｎｔｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｔｏｕｇｈｎｅｓｓｉｎｃｒｅａｓｅｓｌｉｎｅａｒｌｙｗｉｔｈｔｈｅｉｎ—ｃｒｅａｓｅｏｆ许．Ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｅｔｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆｓｔｅｅｌｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｅｅｄｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅａｎｄｐｌａｉｎｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｎｏｔｃｈｄｅｐｔｈＴｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａＩｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｔｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆｐｌａｉｎｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅｉｓｉｎａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈｔｈｅＷｅｉｂｕｌｌｄｉｓｔｒｉ—ｂｕｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｆ。ｒｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇＫ∞ｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌｆｉｂｅｒ；ｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｆｒａｃｔｕｒｅｔｏｕｇｈｎｅｓｓ混凝土断裂韧度是描述混凝土断裂性能的重要参数，可用它来反映混凝土材料抵抗裂缝扩展的能力．把钢纤维加入高强混凝土（ｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅ，简称ＨＳＣ），发挥钢纤维对ＨＳＣ阻裂、增强和增韧作用，是改善ＨＳＣ脆性的有效方法，但同时钢纤维对混凝土断裂韧度测试数据的离散性也有影响．为了得到反映ＨＳＣ断裂韧度Ｋｔ的统计分布模型和定量反映钢纤维对ＨＳＣ断裂韧度的影响，本文利用三点弯曲断裂试验研究了钢纤维体积分数竹和相对切口深度ａ／Ｗ对钢纤维高强混凝土（ｓｔｅｅｌｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅ，简称ＳＦＨＳＣ）断裂韧度Ｋ№的影响，探讨收稿日期：２００６一１２一ｏｌｆ謦订日期：２００７—０６—１２ 基金项日ｔ国家自然科拳基金赍助项目（５０５７９０６８） 作者简介。张廷毅（１９７８－－），男，河南－－Ｎ嚷人，郑州大学博士生 万方数据 万方数据
钢纤维混凝土抗拉强度实验设计
纤维混凝土抗拉强度实验设计 1.实验概况 本实验的主要研究内容为使用A、B两种钢纤维的钢纤维混凝土的抗拉强度及其单轴单调抗拉时的本构关系。研究钢纤维种类，钢纤维掺量，水灰比，掺合料种类及掺量对钢纤维混凝土抗拉强度及本构关系的影响。本实验所有水泥均选用42.5级普通硅酸盐水泥[1]，并依照减水剂厂家提供的资料使用减水剂。所有试块使用同一批次的连续级配的砂和碎石。 钢纤维混凝土一般用于高层建筑梁柱节点等重要区域，所用的混凝土强度等级一般较高。加之钢纤维的加入使得混凝土的和易性急剧变差，必然需要加入较多的掺和料。因此本实验设计了粉煤灰和硅粉对纤维混凝土性能影响的相关实验。 2.考虑因素 2.1.纤维种类 本实验选用A、B两种钢纤维。 2.2.水灰比 本实验采用0.5、0.45、0.4、0.35、0.3共五种水灰比[2-3]。 2.3.钢纤维体积掺量 本实验采用钢纤维从0到2%，以5%递增。共计五种纤维体积掺量[2-3]。 2.4.掺合料类型 本实验采用粉煤灰和硅粉两种掺合料。分别采用等量取代水泥和150%超量取代两种配制方式。粉煤灰取10%和20%两种取代量。硅粉取5%和10%两种取代量。[4] 3.试验方法 采用IBM SPSS 19.0.0 进行正交试验设计[5]。具体实验设计参数见表1. 表1 实验因素和水平 纤维类 型水灰比纤维掺 量 粉煤灰掺 量 硅粉掺 量 1 A 0.50 0.00% 0 0 2 B 0.45 0.50% 10%等量5%等量 3 0.40 1.00% 10%超量5%超量 4 0.3 5 1.50% 20%等量10%等量 5 0.30 2.00% 20%超量10%超量
浅谈混凝土的本构关系
浅谈混凝土的本构关系 Y 摘要：混凝土是一种广泛应用的材料，其力学特性的研究对充分发挥材料强度、提高设计水平、降低工程造价具有十分重要的意义。本文简要回顾了混凝土本构关系的发展，系统的介绍了混凝土本构关系理论模型的研究现状，总结了在特定环境下混凝土本构关系的新成果，并对目前混凝土本构关系研究中存在的问题进行了阐述，最后对混凝土本构关系的发展进行了展望。 关键词：混凝土；本构关系；新成果；问题；展望 混凝土因其所具有的许多优点（如可根据不同要求配制各种不同性质的混凝土、可模性好、硬化后具有抗压强度高和耐久性良好等特性，与钢筋之间有比较牢固的粘结力、能制作钢筋混凝土结构和构件，其组成材料中砂、石等地方材料占80%以上，符合就地取材和经济的原则等）已成为现今土木工程中应用最广泛的建筑材料之一。混凝土是由胶凝材料（水泥等）、骨料（砂、石等）和水以及其它组分（外加剂、掺合料等）按适当的比例配合，拌制成混合物，经过一定时间硬化而成的，因此混凝土的综合力学和物理性质既取决于其各组分的性质、配合比以及各相之间力学、物理或化学的相互制约机理等要素又与制作工艺（搅拌、成型、养护等）和周围环境等均有关系。就力学特性而言混凝土材料与相对比较均匀的金属材料相比要复杂得多。在传统的混凝土结构分析中，由于受到计算能力的限制，以及对材料本身性能了解不足，对构件与结构分析一般在线弹性范围内进行，而早期的混凝土构件与结构相对比较简单，因此这种分析方法在当时起到了一定的作用。但是随着混凝土在复杂结构中的广泛应用，需要对结构进行比较精确的分析。这时简单但比较粗糙的线弹性本构模型的局限性显露了出来。电子计算机的飞速发展与计算理论的发展不仅使复杂的空间形式所带来的计算困难得到解决，也使得尽管复杂但精确的本构模型的应用成为可能。因此，本文对混凝土本构关系的发展进行了简要回顾，综述了本构关系研究现状以及新成果，提出了目前尚需解决的主要问题和今后发展方向。 1 混凝土本构研究的历史 真正现代意义上的混凝土本构关系研究可以说是1943年Whitney所进行的混凝土受压全过程的实验研究,他利用刚性实验机得到了混凝土极限强度后的软化阶段,从而认识到混凝土的软化后强度特性。20世纪50年代随着连续介质力学及不可逆热力学的发展,系统的材料本构理论研究兴起,由此产生了混凝土的经典塑性模型、非线性弹性模型、非经典塑性模型和损伤本构模型等众多研究成果。 至今,实际工程中应用最广泛的还是源自实验、计算精度有保证、形式简明和使用方便的非线弹
钢纤维混凝土材料的抗爆抗侵彻性能研究及应力波演化
钢纤维混凝土材料的抗爆抗侵彻性能研究及应力波演化 随着国防事业的快速发展,在爆炸和侵彻领域许多新的研究课题出现了。钢纤维混凝土(SFRC)作为一种典型的防护工程材料,由于其强度和韧性都比常规混凝土更好,在抗爆炸抗侵彻等防护工程领域得到了越来越广泛的应用。 又由于在SFRC的抗爆炸抗侵彻的工程应用研究中,涉及到材料的本构关系理论、波动力学、损伤破坏力学、数值计算方法等诸多方面的问题,所以该领域的研究工作又具有重要的学术价值。本文的研究工作是在改进工艺制备出钢纤维含量高达6%的SFRC试件的基础上,系统地开展了 SFRC材料的静动态压缩和劈裂拉伸实验、接触爆炸和侵彻实验,并分析总结了钢纤维含量对其力学性能的影响规律;开展了 SFRC靶抗侵彻问题的实验和数值计算工作,优选出了材料的有关 本构参数,并分析总结了侵彻规律和抗侵彻机理;对黏弹性材料中的应力波演化问题开展了研究。 本文的研究成果和创新点主要包括:通过改进钢纤维和混凝土的掺和工艺,研制出了钢纤维含量高达6%的SFRC材料试件,并利用MTS实验系统开展了 SFRC 在准静态条件的压缩和劈裂拉伸实验,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对SFRC 材料开展了较高应变率下的冲击压缩实验,并以实验结果为基础分析了 SFRC的应变率效应及钢纤维含量对其力学性能的影响。结果表明,当钢纤维含量为6%时,劈裂强度可提高106%,抗压强度可提高61%;随着应变率的提高,强度增强因子DIF会增大,而DIF的增大幅度则随着钢纤维含量的增加而趋缓。 同时,以材料动态实验数据为基础,提出了一个新的SFRC材料的含损伤粘塑性本构模型,并通过积分出来的本构曲线对实验曲线的逐次最小二乘法逼近,优选出了模型中的材料本构参数,此方法简洁普适,模型意义清晰,且可以很好反映