超高性能混凝土钢纤维锈蚀的细观力学分析方法研究

发布时间：2018-01-07 09:18

本文关键词：超高性能混凝土钢纤维锈蚀的细观力学分析方法研究　出处：《西南交通大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：超高性能混凝土(UHPC)因其内部乱向分布钢纤维与基体之间的高强粘结,使两者能够协同工作,利用钢纤维的高抗拉强度实现UHPC的增强增韧效果;同时,其致密的复合结构,使得UHPC能够有效抵御腐蚀性气体和液体,保证结构具有良好的耐久性。基于此,UHPC迅速发展成为性能全面超越传统混凝土的新一代水泥基材料。UHPC优良的性能使得其钢纤维锈蚀问题往往被忽视,通常情况下,锈蚀大多发生在钢纤维的表面,而不.会向基体内部延伸,但如果基体存在开裂风险,裂缝附近的钢纤维将面临锈蚀的危险。以往对UHPC的研究,大部分建立在试验的基础上,而很少借助有限元数值模拟,研究UHPC的细观组成结构与纤维增强增韧细观力学机理。论文在借鉴以往研究的基础上,通过自行编写Matlab随机序列程序和Python脚本文件,实现钢纤维在UHPC基体中的大批量随机乱向均匀分布建模过程,由此提出了一种基于细观力学的UHPC分析方法,在此基础上,研究了钢纤维锈蚀的模拟方法和等效方法,然后建立UHPC梁四点抗弯试验,研究钢纤维的体积含量和锈蚀程度对UHPC梁抗弯强度和变形的影响,借此对所提出的UHPC细观力学分析方法和锈蚀模拟方法的有效性进行验证,并对纤维锈蚀的等效方法进行了适用性评价,结果表明:(1)论文提出的算法,原理简单,执行方便,能够较好地实现UHPC中大批量钢纤维的随机乱向均匀分布建模和三种材料属性的随机化分配,对于研究混凝土细观组成和细观力学具有重要的指导意义。同时,算法具有一定的通用性,能适应任意形式的纤维,为UHPC细观力学特性研究提供了新的分析手段;(2)论文采用的钢纤维锈蚀模拟方法,尽管做了一些简化,但仍能在一定程度上对钢纤维的锈蚀效应进行分析和评价,对于钢纤维这种狭长结构,坑蚀深度的影响要明显大于坑蚀宽度的影响,说明钢纤维对锈蚀深度更加敏感;(3)采用随机材料属性分配的方式,只能从"宏观现象"对UHPC中钢纤维的锈蚀进行等效,缺乏力学原理解释,因而适用范围受限。这种等效方法能模拟UHPC梁的变形情况,但无法准确模拟荷载作用下的受力分布情况;(4)由于钢纤维与混凝土基体的协同受力,使其对UHPC有明显的增强、增韧效果,并且当纤维体积含量为2%时,UHPC梁的抗弯曲性能最佳;(5)钢纤维锈蚀主要表现在锈蚀对截面的削弱,锈坑附近产生应力集中以及纤维和基体界面粘结遭到破坏,这三个因素是钢纤维力学性能退化,结构受力性能劣化和使用寿命降低的主要影响因素,且锈蚀程度越深影响越明显。
[Abstract]:Based on the previous research , UHPC has been developed into a new generation of cement - based materials which can effectively resist corrosive gases and liquids . This method can simulate the deformation of UHPC beam , but it can not accurately simulate the stress distribution under the action of load , and ( 4 ) it has obvious strengthening and toughening effect on UHPC due to the cooperative force between steel fiber and concrete base .

【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU528

【参考文献】