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为了我们的安全, 买钢纤维也要与众不同

文章出处:责任编辑:人气:-发表时间:2017-03-16 18:00【

       利用MTS810和直径为74 mm的大尺寸SHPB实验装置开展了钢纤维混凝土的动静态力 学性能实验.实验结果表明钢纤维混凝土是一种具有非常明显的钢纤维增强、增韧效应的应变率敏感材料.根据实验应力应变曲线的基本特征,提出了一种钢纤维混凝土的含损伤本构模型.该模型在考虑钢纤维增强、应变率硬化、损伤软化等因素。描述了钢纤维混凝土的受力响应特性

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钢纤维混凝土(steel fiber reinforce concrete,SFRC)是由细骨料、粗骨料、水泥以及乱向分布的钢纤维等材料组成的一种多相非均质的复合材料.由于钢纤维的增强、阻裂作用,钢纤维混凝土具有较普通混凝土更为优越的力学性能,从而在工程建设和防护工程中得到日益广泛的应用[1].对材料的力学性能和本构关系的研究是工程应用和设计的基础,对于工程建设具有非常重要的意义[2].本文利用长度为6 mm、长径比为40的超细、超短、高强度钢纤维,采用二次合成法对混凝土进行配比设计,标准工艺成型和养护钢纤维混凝土试件,实验研究了超短钢纤维混凝土的动静态力学性能,并在实验曲线的基础上,提出一种含损伤本构关系.       钢纤维混凝土的各种原材料用量采用二次合成法设计.二次合成法的基本思想是:将钢纤维混凝土看成是由钢纤维水泥浆和基准素混凝土两组分组成,并分别给这两种组分进行配比设计,然后按比例将两组分的各材料用量进行相加,合成最终的钢纤维混凝土.


       在受压初期,应力应变曲线呈线弹性关系;当应力加载到某一水平时,材料内部萌生裂纹并稳定扩展,材料开始出现损伤,应力应变曲线的上升段逐渐偏离线弹性而呈非线性行为;当应力达到峰值应力后,微裂纹将发生不稳定扩展,从而使材料出现明显的损伤软化行为.这种微裂纹的不稳定扩展最终将导致材料强度迅速降低直至破坏.然而对于钢纤维混凝土,不但峰值应力有大幅度提高,而且极限应变也成倍增加,体现了钢纤维对混凝土有增强、增韧效果.


       钢纤维混凝土的强度与钢纤维含量有关.事实上,在受压初期,试件处于弹性阶段,混凝土试件主要由基体承受载荷,钢纤维的增强效果没有体现,所以钢纤维混凝土和素混凝土的弹性模量几乎相等.随着载荷的加大,材料内部的微裂纹开始萌发,素混凝土出现非线性行为,并立刻达到峰值应力;钢纤维混凝土由于钢纤维的止裂作用,使得微裂纹的发展趋缓,因而其非线性行为比素混凝土显著,材料强度提高,体现了钢纤维的增强效果.
       通过实验,我们发现钢纤维混凝土的应力应变曲线具有如下基本特征:
(Ⅰ)材料强度具有明显的纤维增强效应,即随着钢纤维含量的提高,材料强度增加;
(Ⅱ)材料强度具有明显的应变率硬化效应,相同体积含量的钢纤维混凝土,其强度随应变率的提高而增强;
(Ⅲ)应力应变曲线具有明显的损伤软化行为,这种宏观上的损伤软化行为物理上反映了材料内部微裂纹的生成、扩展,直至汇聚的细观过程.因此,建立钢纤维混凝土

结论:
(Ⅰ)钢纤维混凝土具有明显的增强、增韧效应,但当钢纤维含量增至某一值时,其强度将趋于稳定值.
(Ⅱ)钢纤维混凝土具有应变率效应.无论在低应变率或高应变率下,钢纤维混凝土的峰值应力均都随着应变率的提高而提高,但高应变率时其应变率效应更为明显和突出.
(Ⅲ)针对钢纤维混凝土实验应力应变曲线的基本特点,提出了一种包含材料纤维增强效应和应变率增强效应在内的含损伤本构模型.与实验曲线的拟合结果表明,该本构关系可以反映钢纤维混凝土加载过程的几个主要特征,具有一定的合理性.

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