钢纤维混凝土疲劳损伤研究
钢纤维混凝土(SteelFiberReinforcedConcrete,简写为SFRC)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复合材料。它不仅具有普通混凝土的优良特性,同时由于钢纤维的存在限制了裂缝的开展,从而使原来本质上是脆性的混凝土材料呈现出很高的抗裂性能并能推迟裂缝的出现、使混凝土具有较大的延性和韧性以及优良的抗拉、抗折、抗冲击、耐磨损、抗疲劳等特性。近年来,钢纤维混凝土得到广泛的应用和深入的研究。研究内容及结论如下:
1.提出了描述钢纤维混凝土的疲劳应变演化曲线的疲劳应变方程,结果显示,拟合曲线与试验曲线能很好吻合。根据疲劳模量与疲劳应变幅值成反比的关系,由疲劳应变演化方程得到疲劳模量演化方程。利用疲劳模量演化方程对已有疲劳模量试验结果进行拟合,结果显示,该式表达的疲劳模量演化曲线与相应的试验曲线吻合很好,其相关系数均在0.99以上,说明该式适合描述钢纤维混凝土的疲劳模量演化曲线。2、分别用疲劳应变和疲劳模量定义钢纤维混凝土疲劳损伤,得到的典型的损伤变量演化曲线显示,由最大疲劳应变和疲劳残余应变定义的损伤变量演化曲线基本一致,且相差很小;而由疲劳模量定义的损伤变量演化曲线明显大于由疲劳应变定义的损伤变量演化曲线,当循环比为0.9时,由疲劳应变定义的损伤变量约0.35左右,而疲劳模量定义的损伤变量约为0.77,当初始循环时,疲劳模量定义的损伤变量就达到0.34左右,而疲劳应变定义的损伤变量接近0。也就是说,由疲劳模量定义的损伤变量自始至终都比疲劳应变定义的损伤变量大。3、基于损伤力学推导了钢纤维卵石混凝土和钢纤维再生混凝土弯曲疲劳损伤方程,结果显示,由疲劳损伤方程得到的回归曲线与疲劳损伤演化曲线吻合很好。4、根据材料的宏观量的变化与疲劳损伤演变有本质联系,故由损伤变量推导得到钢纤维混凝土剩余疲劳寿命和剩余弯曲强度的表达式。通过该式,可求得给定疲劳应力水平、不同损伤状态下的剩余疲劳寿命和剩余弯曲强度,为有损结构的安全评估及决策提供参考。由剩余疲劳寿命随损伤变量以及循环比的变化曲线可知,随着损伤变量的增大,剩余疲劳寿命曲线下降,损伤变量为0.3以内时,剩余疲劳寿命降幅较大,且应力水平越低,降幅越明显,应力水平为0.7时,曲线急剧下降;随着循环比的增加,剩余疲劳寿命近似直线下降,且应力水平越低,降幅越明显。由剩余弯曲强度随循环比以及损伤变量的变化曲线可以看出,随循环比的不断增加,剩余弯曲强度逐渐降低,近似呈直线变化,当接近破坏时,剩余弯曲强度急剧下降,另外,循环比相同时,应力水平的变化对剩余弯曲强度的影响较小;而剩余弯曲疲劳强度随损伤变量近似呈直线变化,损伤变量相同时,应力水平越高,剩余弯曲强度越大。
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