多尺度聚丙烯纖維混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)和拉壓損傷本構(gòu)模型研究.pdf

1、多尺度聚丙烯纖維混凝土(Multi-scale polypropylene fiber concrete,簡(jiǎn)稱MPFC)是指同種品質(zhì),幾何形態(tài)不同的兩種或兩種以上的聚丙烯纖維混摻在混凝土中的新型復(fù)合建筑材料。聚丙烯細(xì)纖維對(duì)混凝土的早期塑性開(kāi)裂有抑制作用,對(duì)后期硬化混凝土抗裂性改善較小。以往采用聚丙烯纖維與鋼纖維混摻的方法阻止硬化混凝土的開(kāi)裂,提高韌性。但鋼纖維存在易銹蝕,價(jià)格高等缺點(diǎn),而聚丙烯粗纖維是一種新型增強(qiáng)增韌材料,具有耐腐蝕性能

2、好,價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。在環(huán)境較為惡劣的工程中可代替鋼纖維使用。鑒于此,本研究采用室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對(duì)MPFC試件進(jìn)行較為深入的力學(xué)性能研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①對(duì)MPFC進(jìn)行抗裂性試驗(yàn)研究,結(jié)果表明聚丙烯細(xì)纖維在塑性態(tài)混凝土中的阻裂效應(yīng)優(yōu)于粗纖維,聚丙烯粗纖維在混凝土硬化階段的抗裂效果優(yōu)于細(xì)纖維;多尺度聚丙烯纖維在塑性態(tài)混凝土中的阻裂存在著正、負(fù)兩種效應(yīng),在硬化階段的抗裂效果與粗纖維相當(dāng)。②通過(guò)單軸拉伸

3、試驗(yàn)研究MPFC的抗拉性能,結(jié)果顯示MPFC的抗拉峰值荷載較素混凝土有較小提高;MPFC在單向拉伸荷載作用下,應(yīng)力-應(yīng)變曲線下降段出現(xiàn)了低應(yīng)力-應(yīng)變硬化現(xiàn)象,MPFC抗拉韌性的改善幅度優(yōu)于單摻聚丙烯纖維混凝土。③對(duì)MPFC進(jìn)行單軸抗壓試驗(yàn)研究,結(jié)果顯示MPFC抗壓峰值荷載有小幅提高;MPFC的抗壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線下降段比素混凝土平緩。MPFC峰值后的應(yīng)力隨應(yīng)變的增加降低緩慢,應(yīng)力一應(yīng)變曲線下包面積較大,其峰值后的抗壓韌性性能得到較好改善。

4、④對(duì)MPFC進(jìn)行四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)研究,結(jié)果表明MPFC的抗彎強(qiáng)度有小幅提高;MPFC在彎曲荷載作用下,荷載-撓度曲線下降段出現(xiàn)非常明顯的低荷載-變形硬化特性,曲線所包面積較大,峰值荷載后抗彎韌性的改善幅度遠(yuǎn)大于聚丙烯細(xì)纖維混凝土,同時(shí)也大于聚丙烯粗纖維混凝土。通過(guò)對(duì)比拉、彎性能指標(biāo)建立 MPFC拉彎對(duì)應(yīng)關(guān)系,MPFC彎拉強(qiáng)度比值在2.15~2.80之間,抗彎韌性指數(shù)大于抗拉韌性指數(shù),但數(shù)據(jù)整體變化趨勢(shì)相同,表明四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)可以代替單軸拉伸試

5、驗(yàn),成為評(píng)價(jià)MPFC獨(dú)特力學(xué)性能的簡(jiǎn)單實(shí)用試驗(yàn)方法。⑤根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,建立適合于描述MPFC抗拉、抗壓特性的損傷本構(gòu)模型,得到聚丙烯纖維混凝土損傷因子的曲線形狀參數(shù),為此類 MPFC在工程中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。⑥基于有限差分理論,推導(dǎo)多尺度聚丙烯纖維混凝土拉壓損傷本構(gòu)模型的有限差分表達(dá)形式;結(jié)合FLAC3D軟件良好的開(kāi)發(fā)平臺(tái),利用VC++程序?qū)崿F(xiàn)多尺度聚丙烯纖維混凝土損傷模型的二次開(kāi)發(fā),獲得該模型的動(dòng)態(tài)鏈接計(jì)算程序,并通過(guò)試驗(yàn)?zāi)M和算例分