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对三维编织钢纤维增强混凝土静力学性能及其冲击压缩性能的研究

程宇  
【摘要】:混凝土是目前应用最为广泛的工程材料。然而抗拉强度低、韧性差是其固有缺点。为了解决这一问题,纤维增强混凝土应运而生。钢纤维增强混凝土由于价格低廉、施工方便得到长足发展。已有研究表明:混凝土基体的强度越高、钢纤维的体积含量,纤维的长径比越大,纤维在基体中的分布越均匀,钢纤维增强混凝土的强度越高,其抗冲击、抗侵彻、抗爆炸和抗震塌能力越强。本文的三维编织钢纤维增强混凝土(3D braided steel fiber reinforced concrete,缩写为3D-BSFC),将三维编织工艺与注浆工艺相结合,可以控制钢纤维的分布和取向,从而发挥出更好的增强增韧效果。 采用先分层铺放注浆后扦插及先编织三维骨架后注浆等两种工艺,成功制备出钢纤维体积率为5%、10%的正交3D-BSFC材料。 使用微机控制的电液伺服万能试验机对3D-BSFC试件进行了准静态(应变率取10-4s-1及10-2s-1)单轴压缩试验。根据应力-应变全曲线,研究该材料受压力学特性与纤维体积含量、应变率的关系。 运用直径为75 mm的分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,缩写为SHPB)装置研究混凝土基体材料及3D-BSFC试件的冲击压缩力学性能。得到了高应变率下3D-BSFC材料的应力应变关系、动态强度增长因子、纤维体积率和纤维种类对动态性能的影响以及试件的破坏形态。 在实验数据的基础上,参照ZWT模型拟合3D-BSFC材料的本构。在LS-DYNA平台上用HJC模型对SHPB试验进行数值模拟,得到很好的效果。


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