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层布式钢纤维砼弯拉强度增强机理及细观力学分析

梅华东  
【摘要】:纤维增强混凝土是一种多相材料,其力学性能不仅取决于各组分材料的性能,同时也取决于材料的细观结构特性。以细观的尺度研究纤维增强复合材料,揭示其增强机理和力学本质,成为复合材料研究工作的一项重要内容。随着纤维增强混凝土的广泛应用,设计和改进其材料特性和力学性能愈来愈成为工程技术人员追求的目标。当今的研究,进一步深化到界面细观结构和由此产生的界面效应、微观结构与宏观行为的关系等。从细观的角度去揭示纤维增强复合材料的增强增韧机制,从理论上阐述宏观性能与细观特性的联系,是本论文需要解决的核心问题。 层布式钢纤维增强混凝土路面结构,是在经济与性能并重的基础上,使钢纤维分层布置,即钢纤维分布于混凝土路面板的上部和下部,形成“层布式钢纤维增强混凝土”。自1997年以来,多次试验证明,层布式钢纤维混凝土在抗弯拉、延性、阻裂、耐久性和韧性等多方面具有优良的性能。因此,深入地研究钢纤维增强的力学本质,从理论上阐述钢纤维混凝土增强机理,对层布式钢纤维增强混凝土的推广应用具有相当的现实意义。 本文在已完成的各类试验的基础上,对影响钢纤维混凝土力学性能的各项参数(弹性常数、几何参数、粘结状态等)进行定量的分析。在细观力学分析中,选用同心圆柱模型、叠加模型,并考虑纤维与基体的尺寸、粘结情况和纤维取向等因素,对钢纤维从基体中拔出这一过程进行数值分析,得出纤维拔出和拉断荷载。最后,综合考虑纤维在断面上不同埋长深度和方向系数的影响,计算由于钢纤维的掺入产生的“负向”的应力强度因子,并对由“负向”的应力强度因子引起的试件宏观弯拉强度的提高过程进行数值反映。


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