基于有限元的不同聚丙烯纤维掺量的纤维增强混凝土抗裂性能研究

发布时间：2021-02-03 00:40

　　纤维增强混凝土具有良好的抗裂性能。为了研究其抗裂性能,以聚丙烯纤维为增强体,水泥混凝土为基体,采用Rhino Grasshopper建模软件建立不同纤维掺量的纤维增强混凝土模型。使用有限元软件ANSYS APDL中的结构静力模块模拟纤维增强混凝土的静态位移压缩过程,进而判断聚丙烯纤维对混凝土抗裂性能的影响规律。结果表明:混凝土裂缝主要由内部向边界递增拓展,聚丙烯纤维可以明显减少混凝土边界区域的裂缝数量,但会造成混凝土局部之间材料属性的差异,使混凝土的裂缝拓展和分布不均衡,不利于判断纤维混凝土塑性阶段的抗裂性能;混凝土裂缝数量随纤维掺量的增多呈先增加后减小的趋势,最佳的纤维掺量为0.9 kg/m³;纤维最大拉伸应力范围占其拉伸屈服强度的5%～10%,同等掺量条件下适当提高纤维的弹性模量可减少纤维的拉伸应变,增强纤维增强混凝土抗裂性能。 

【文章来源】：硅酸盐通报. 2020,39(10)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

400根随机分布的杂乱纤维

图1 400根随机分布的杂乱纤维在ANSYS APDL中使用双线性等向强化BISO模型拟合纤维的弹塑性本构,并使用TB BISO命令将拟合的纤维弹塑性本构及表2中的纤维主要性能参数输入纤维单元LINK180中。

由图3和图4可知,当位移载荷加载到0.2 s时,未掺纤维的素混凝土和纤维增强混凝土的8个棱角均开始出现裂缝,加载到0.2～0.6 s之间时,两者棱角处在第一次开裂的基础上产生少量二次裂缝,但0.6 s时纤维增强混凝土内部区域先开始出现少量裂缝。其原因是纤维填充占据了混凝土部分区域,在纤维与混凝土耦合界面处容易产生应力集中,一定程度上削弱了混凝土基体的力学性能,从而会先产生裂缝。加载到0.8～1.0 s之间时,随着位移载荷持续加载,素混凝土裂缝沿着载荷方向迅速拓展,呈现明显的脆性开裂状态,而纤维增强混凝土的裂缝数量在加载到0.6～1.0 s之间时相对缓慢地增加,且在1.0 s载荷终止时,其数量明显少于素混凝土的裂缝数量,这说明在混凝土出现裂缝后,纤维的桥接作用抑制了裂缝的进一步张开,混凝土通过张开的裂缝将应力转化为横跨裂缝的纤维轴向拉伸应力,使纤维逐渐起到分散混凝土应力的作用,减缓混凝土裂缝拓展的过程,呈现明显的塑性变形特性。素混凝土由于基体均匀,裂缝拓展及分布状态相对规则,而纤维增强混凝土裂缝分布相对杂乱,对比素混凝土的裂缝拓展过程可以看出,纤维增强混凝土内各区域的裂缝拓展不规则,其局部间材料属性出现显著的差异性,不同掺量条件下均有此种表现,如图5所示。图4 纤维掺量为0.6 kg/m3的纤维增强混凝土裂缝拓展云图


本文编号：3015626