动荷载作用下埋深、界面模量和均匀性变化对混凝土单丝拉拔性能的影响

发布时间：2020-10-08 22:22

　　界面是钢纤维增强混凝土的重要组成部分。大部分情况下钢纤维增强混凝土的破坏首先表现为界面粘结性能失效。在实际工程应用中,常见混凝土结构在动荷载作用下严重破坏,因而分析动荷载作用下界面物理力学性质变化对混凝土单丝拉拔性能的影响具有重要的研究价值。目前,对钢纤维增强混凝土动态力学性能的研究较多,但具体到动荷载作用下钢纤维混凝土内部各相材料对其整体动态力学性能影响的研究则相对较少,而且由于界面尺寸非常微小,在动荷载作用下分析界面的具体情况难度很大,在动力学领域关于钢纤维与混凝土基体间的界面研究还不够深入。本文从材料细观非均匀性的角度出发,考虑钢纤维、混凝土基体及界面三相材料的力学性质,利用RFPA~(2D)(Realistic Failure Process Analysis)-Dynamic动态分析软件建立了动荷载作用下钢纤维增强混凝土单丝拉拔数值分析模型。通过改变模型中界面的物理力学性质,得到了动荷载作用下钢纤维增强混凝土试样单丝拉拔过程中的轴向荷载-位移全过程曲线,分析了界面剪应力分布,从声发射角度研究了在动荷载作用下试样的损伤破坏形式和能量耗散特性,实现了动荷载作用下不同单丝拉拔试样动态损伤全过程。本文主要研究内容如下:(1)建立了动荷载作用下不同埋置深度的钢纤维增强混凝土单丝拉拔模型,研究了动荷载作用下埋置深度的变化对钢纤维增强混凝土单丝拉拔性能的影响。结果表明,在动荷载作用下,不同埋深试样的拉拔破坏形式出现较大差异,界面脱粘破坏程度显著不同,埋深越大,试样界面单元损伤破坏减少,试样残余承载力较高,试样抵抗动荷载的能力增强。(2)建立了动荷载作用下不同界面弹性模量的钢纤维增强混凝土单丝拉拔模型,研究了动荷载作用下界面弹性模量的变化对单丝拉拔试样力学性能的影响。结果表明,不同界面弹性模量的试样在同一动荷载加载周期内基体损伤量有所差异。界面弹性模量增大,动荷载作用下钢纤维增强混凝土拉拔试样的破坏模式由强度破坏(钢纤维未拔出)转变为界面完全脱粘破坏(钢纤维拔出破坏)。(3)建立了动荷载作用下不同界面均质度的钢纤维增强混凝土单丝拉拔模型,研究了动荷载作用下界面均匀性变化对钢纤维混凝土单丝拉拔性能的影响。结果表明,界面均质度增大,即界面均匀性增加,试样在更短的时间内损伤破坏,材料脆性增加,且达到破坏时所需能量减少,试样的能量耗散能力降低。
【学位单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU528
【部分图文】：

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广州大学硕士学位论文纤维在混凝土基中的粘结性能的重要因素，因此，分析动荷载作用下界面性质对钢增强混凝土动态力学性能的影响具有重要的研究价值。.2 国内外纤维与基体间界面的研究现状界面在钢纤维增强混凝土中是一个极为重要的微结构，它的性质对钢纤维混凝土学性能有显著的影响[19]，研究界面的相关力学性质是很有必要的，利用扫描电镜可测到钢纤维增强混凝土中的界面[20]，如图 1-1。

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（a）准静态荷载拉拔试验装置（b）动荷载拉拔试验装置图 1-2 拉拔试验装置[43]Fig.1-2 pull-out test equipment[43]相较于动荷载，更多学者在静力学领域对钢纤维增强混凝土进行了单丝拉拔试验得了一定的成果。籍晓凯[44]等学者通过单纤维拉拔试验研究了不同钢纤维类型对界结强度的影响。赵丽军[45]等学者通过单纤维拉伸试验得到了异形钢纤维随基体强度的最大拉拔荷载。程俊[46]等学者对钢纤维增强混凝土进行了静态荷载下的单纤维拉验，研究了钢纤维掺量对试样粘结性能的影响。在动力学领域，BanthiaN[43]等学者了钢纤维增强水泥基复合材料在冲击荷载下的单纤维拉拔试验，得到了纤维与基体粘结滑移响应；Xu M[47]等学者通过动荷载作用下的单纤维拉拔试验研究了不同高钢纤维类型和纤维埋入角度在超高性能混凝土中的单纤维拉拔性能。由于实验设备验结果处理技术等的局限性，进行动荷载作用下的单丝拉拔试验难度更大，相关研少。.2.3 数值模拟试验

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验设备、实验周期和对界面这种极小尺寸的材料研究难度较大等因素很大程度上限制了单丝拉拔实验取得有效结果，通过现有的实验设备难以捕捉到界面上的具体信息。而计算机技术的飞速发展，为利用数值模拟试验方法研究钢纤维与混凝土基间的界面力学性能提供了可能，是物理试验方法的重要补充。随着计算机技术的不断创新和完善，国内外许多学者通过数值模拟方法对静态荷载下的单纤维拉拔试验进行了模拟并得到了大量有意义的成果。魏忠林[48]等人应用ANSYS 大型通用有限元软件对钢纤维混凝土的粘结滑移进行了数值模拟。Caimmi F[49通过 ABAQUS 有限元软件研究了接触滑动对纤维侧摩阻力的影响。涂小青[50]利用 RFPA有限元分析软件分析了界面力学性质在单丝拉拔过程中的影响。Breitenbücher[51]等学者对钢纤维混凝土单丝拉拔试验进行数值模拟研究了纤维类型、纤维埋置角度及混凝土强度对拉拔性能的影响。王家赫[52]等学者通过钢丝与混凝土的单丝拉拔试验的数值模拟研究了锚固长度、倾斜角等因素对钢丝拉拔行为和最大拉拔荷载的影响。杨奕[53]等学者通过位移控制加载进行了钢筋混凝土的单筋拉拔试验，同时利用 RFPA 有限元软件对试验进行模拟，研究了粘结长度的变化对单筋拔出性能的影响。

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