混杂纤维高强混凝土冲击劈裂拉伸试验与仿真

发布时间：2019-07-19 09:14

【摘要】：混凝土的抗冲击性能是影响结构安全性的一个重要因素,混凝土在冲击荷载作用下,有时会发生劈裂破坏。采用钢纤维和聚丙烯纤维混杂入高强混凝土中可以提高混凝土的强度和韧性,从而提高混凝土的抗冲击劈裂拉伸性能。为了研究混杂纤维高强混凝土(HFRHSC)的抗冲击劈裂拉伸性能,本文对钢纤维-聚丙烯纤维高强混凝土进行SHPB冲击劈裂试验研究和仿真分析,主要内容如下：第一、采用分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对钢纤维体积率为0%、2%、4%,聚丙烯纤维体积率为0%、0.05%、0.1%的HFRHSC进行冲击劈裂试验,得到了应变率为2.03s1～27.93s1时HFRHSC的劈裂抗拉强度。分析了应变率、纤维体积率对HFRHSC劈裂抗拉强度的影响,结果表明：HFRHSC劈裂抗拉强度随着应变率和纤维体积率的提高而提高。第二、通过SHPB试验发现,HFRHSC是应变率敏感材料,在临界应变率(5s-1)前后,动态强度增强因子(DIF)与应变率关系曲线的斜率不同。根据HFRHSC劈裂抗拉强度的增强机理,本文得到了含A、B两个参数的HFRHSC的劈裂抗拉强度与应变率的关系式,A、B值反映了HFRHSC固体材料应变率效应、自由水应变率效应对劈裂抗拉强度的影响。与常规的从宏观角度建立的劈裂抗拉强度公式相比,该公式从微观和宏观相结合的角度,计算了HFRHSC的劈裂抗拉强度。第三、分析了HFRHSC基体强度、纤维体积率、劈裂抗拉强度、劈裂破坏形态与能量耗散的关系,结果表明：随着入射能量的增加,C60和C80素混凝土的能量耗散均增加；随着纤维体积率的增加,C60和C80混凝土试块的能量耗散均增加,且随着入射能量的增加,C60和C80混凝土试块中纤维体积率高的能量耗散增加明显；C60和C80混凝土试块的劈裂抗拉强度均随入射能量的增加而增加；试块的损伤演化消耗了大量的能量,从而导致透射杆端的能量明显比入射杆端少,入射杆端对试块做的功较多,使试块与入射杆端接触一侧的压碎区明显大于与透射杆接触一侧。第四、采用LS-DYNA软件对HFRHSC的劈裂破坏过程进行数值仿真,再现了试块劈裂破坏过程,并分析了试块劈裂过程中的应力平衡分布特点、能量耗散特点和纤维体积率对混凝土劈裂拉伸性能的影响。结果表明：HFRHSC劈裂破坏并不满足中心起裂条件；对于对心受压的试块,试块的应力均匀化时间与直径大小有关；试块在劈裂破坏过程中耗散了大量的能量,导致试块与入射杆端的接触处破坏区域大于试块与投射杆接触处破坏区域；纤维的掺入增强了混凝土的抗劈裂拉伸性能,且混杂纤维比单一纤维增强效果较为显著。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU528

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