钢纤维混凝土动态抗压性能研究

论文摘要

钢纤维混凝土作为一种新型复合材料,已广泛的应用于建筑、桥梁、隧道、水利等工程中。目前,对于钢纤维混凝土的低应变速率静力试验以及高应变速率冲击试验已有较多研究成果,但对于地震荷载作用下中等应变速率范围内（10-4 /s10-2 /s）的试验研究还有待深入,混凝土材料的动态特性是抗震研究中的薄弱环节[1-3]。为此,本文系统地进行了钢纤维混凝土在中等应变速率响应范围内的6种纤维含量（0%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%）、4种周围压力（0MPa、8MPa、16MPa、24MPa）、2种基体强度（C40,以SFCA表示;C30,以SFCC表示）的单轴、常规三轴的单调与重复加卸荷等多种动态压缩试验,累计完成252个试件的加载试验。同时,利用医用CT扫描技术得到了混凝土内部细观数据图像,结合图像数字处理技术对混凝土内部细观结构进行了重建,并在此基础上进行了混凝土材料的有限元数字劈拉试验。具体工作内容如下。（1）研究了单向应力状态下各种钢纤维含量和强度等级的钢纤维混凝土在应变速率为10-3 /s时的强度特性和变形特性。（2）系统地分析了三向应力状态下各种钢纤维含量、围压和强度等级的钢纤维混凝土在应变速率为10-3 /s时的峰值应力、峰值应变、应力-应变曲线、弹性模量、泊松比、韧度比、八面体应力空间的分布等多种指标参数,得出了各种指标参数与纤维含量、围压大小、强度等级等相互的影响关系。（3）采用等应变增量的重复完全加卸荷试验,并对其应力-应变曲线的包络线特征、峰值应力、峰值应变、卸载曲线特征、残余应变、再加载曲线特征、横向应变特征、共同点轨迹线特征等进行了分析。（4）根据地震时程曲线的特征,进行了钢纤维混凝土两种不同频率的非等幅循环荷载试验,比较了不同频率循环荷载下的强度特性和变形特性。（5）基于CT扫描得到的图像,结合图像数字处理技术,对混凝土的真实细观结构进行了重建,并将其导入有限元软件之中,建立了更能准确表征混凝土细观非均质性的二维数值试件,进行了几种不同情况的劈裂对比试验;采用对CT扫描的DICOM格式原始数据调用的方式,建立了混凝土或钢纤维混凝土真实细观结构的三维模型,较好的体现了混凝土的非均质性,为进一步在细观层次上研究混凝土内部的破坏机理奠定了一定的基础。

论文目录

• 内容摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 钢纤维混凝土的组成材料
• 1.2 钢纤维混凝土的工程应用
• 1.3 钢纤维混凝土的研究现状
• 1.4 本文所采用的设备
• 1.5 本文的主要研究工作
• 2 钢纤维混凝土的制备及静力试验
• 2.1 钢纤维混凝土的制备
• 2.1.1 钢纤维混凝土材料的选用
• 2.1.2 钢纤维混凝土配合比的确定
• 2.1.3 钢纤维混凝土的制作成型及养护
• 2.1.4 钢纤维混凝土试件的表面处理
• 2.2 钢纤维混凝土的静力试验
• 2.2.1 试验目的
• 2.2.2 试验设备
• 2.2.3 试验过程
• 2.2.4 试验结果分析
• 2.3 本章小结
• 3 单向应力状态下钢纤维混凝土的动态性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 试验设备
• 3.3 试验材料
• 3.4 试验过程
• 3.5 试验结果分析
• 3.5.1 强度性能
• 3.5.2 变形性能
• 3.5.3 应力-应变曲线
• 3.6 本章小结
• 4 三向应力状态下钢纤维混凝土的动态性能研究
• 4.1 前言
• 4.2 试验设备与试验材料
• 4.3 试验过程
• 4.4 试验结果与分析
• 4.4.1 强度性能分析
• 4.4.2 变形性能分析
• 4.5 动态破坏准则研究
• 4.5.1 动态破坏准则的建立
• 4.5.2 强度计算结果与试验结果的比较
• 4.6 本章小结
• 5 重复加卸荷作用下钢纤维混凝土的动态性能研究
• 5.1 前言
• 5.2 试验设备与试验材料
• 5.3 试验过程
• 5.4 试验结果分析
• 5.4.1 包络线特征、峰值应力与峰值应变分析
• 5.4.2 卸载曲线特征及残余应变分析
• 5.4.3 再加载曲线特征分析
• 5.4.4 横向应变特征分析
• 5.4.5 共同点轨迹线特征分析
• 5.5 本章小结
• 6 非等幅循环荷载作用下的钢纤维混凝土动态性能研究
• 6.1 前言
• 6.2 试验设备与试验材料
• 6.3 试验过程
• 6.4 试验结果分析
• 6.4.1 强度性能
• 6.4.2 变形性能
• 6.5 本章小结
• 7 X 射线CT 检测技术在本文中的初步应用
• 7.1 前言
• 7.2 基于CT 图像的二维有限元模型构建
• 7.2.1 CT 图像的成像特征分析
• 7.2.2 CT 图像的数字化处理
• 7.2.3 图像边缘的矢量化处理及有限元网格剖分
• 7.2.4 有限元模型的应用与结果分析
• 7.3 混凝土细观结构的三维重建
• 7.3.1 DICOM 格式数据的调用
• 7.3.2 三维重建步骤及效果
• 7.4 本章小结
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 后记
• 附录：攻读硕士学位期间参与的项目及发表的文章