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钢纤维混凝土弯曲疲劳及其损伤特性和细观强度研究

张小辉  
【摘要】: 本文对钢纤维混凝土在各应力水平下的等幅弯曲疲劳性能进行了实验研 究,测得了钢纤维混凝土疲劳寿命、变形和弹性模量衰减量。在实验基础上, 用疲劳统计学理论研究了钢纤维混凝土弯曲疲劳寿命的概率分布规律,得出钢 纤维混凝土的疲劳寿命方程,并根据实测数据回归出了钢纤维混凝土疲劳变形 和抗折弹性模量衰减规律的经验公式。疲劳破坏过程实际上是微损伤累积过程, 本文根据损伤力学理论并结合实验数据得出钢纤维混凝土弯曲疲劳损伤演变方 程。 钢纤维混凝土可以看作为由混凝土基体和钢纤维组成的二项复合材料,本 文运用复合材料细观力学中的剪滞法推导了材料受力时轴向和斜向钢纤维的应 力分布以及纤维和混凝土基体粘结界面中剪应力分布。根据短纤维在基体中取 向的几何模型,建立了钢纤维在基体中分布的概率函数。在此基础上,推出了 钢纤维单向分布和随机分布两种情况下钢纤维混凝土的拉伸强度,并根据已有 的界面粘结理论,推导出了钢纤维混凝土拉伸初裂强度和极限强度。 本文研究结果可归纳得出:钢纤维混凝土静压抗折强度比素混凝土有较大 提高,抗疲劳性能有明显改善,钢纤维混凝土弯曲疲劳寿命分布服从两参数威 布耳分布,文中得出的疲劳寿命方程、疲劳变形经验公式和疲劳损伤演变方程 能正确描述钢纤维混凝土弯曲疲劳特性。理论研究结果表明,用复合材料细观 力学可以建立细观参数与宏观力学性能关系,对了解钢纤维混凝土增强机理、 指导钢纤维混凝土的细观设计等具有重要意义。


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