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RPC的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂性能研究

李隆瑞  
【摘要】:活性粉末混凝土(Reactive powder concrete,以下简称为RPC)作为一种超高性能混凝土材料,由于其具备高耐久性、高强度等优异的性能特点,它在实际工程中有着广泛的应用价值。在实际工程中,混凝土结构中的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂是最为普遍的断裂类型,它的断裂特性往往决定了结构物的安全与稳定。因此,全面、客观地评价与研究RPC的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂性能,对于指导这种新型建筑材料在实际工程中的应用,提高RPC结构的安全性、适用性以及稳定性是很有必要的,本文的研究可为RPC在实际工程中的应用及相关的结构分析提供理论和试验参考。本文采用四点剪切梁法进行RPC的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂性能试验研究,测量了试验加载过程中的荷载-裂缝口张开位移曲线(P-CMOD)、荷载-裂缝口滑移位移曲线(P-CMSD)以及荷载-加载点位移曲线。分析了Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程中的各类曲线特征以及试件破坏形态。并且根据各类曲线特征,分析总结了钢纤维体积掺量、缝高比以及初始裂缝位置对于Ⅰ-Ⅱ复合型断裂性能的影响规律。根据实测数据,确定并研究了起裂荷载、极限荷载、断裂能、延性指数、G2/G1等断裂参数随钢纤维体积掺量、缝高比以及初始裂缝位置的变化规律;在此基础上,将RPC的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂与纯Ⅰ型断裂进行了对比,分析了钢纤维体积掺量、缝高比对于两种断裂类型下RPC各类断裂参数影响规律的区别。以普通混凝土的软化本构关系模型作为参考,选择合适的拉伸软化关系曲线以及确定剪切应力传递关系,建立了 RPC的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂软化本构关系模型。运用该模型对RPC四点剪切梁试件进行数值模拟,通过将数值模拟结果与试验结果做对比,反求出模型中的待定参数,从而推导出了适用于Ⅰ-Ⅱ复合型断裂的RPC断裂过程区软化本构关系。本文主要研究成果如下:1)增加钢纤维体积掺量可以较为有效地改善RPC的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂性能。随着掺量的增加,提高了钢纤维在裂缝尖端传递拉应力的能力;但钢纤维的掺入并不能过多地改善复合断裂中的Ⅱ型断裂性能,钢纤维不能过多地传递裂缝尖端的剪应力。2)RPC结构中初始缺陷(缝高比)的变化会对Ⅰ-Ⅱ复合型断裂性能产生影响。3)在RPC中,Ⅰ型断裂和Ⅱ型断裂对于能量的消耗机理不同;裂缝张开是材料中Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展的主要原因。4)所建立的Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝软化本构关系模型可以较好地反映出RPC在发生Ⅰ-Ⅱ复合型时所表现出的断裂性能。


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