柔性纤维混凝土阻裂机理及在连续刚构桥中的应用研究

发布时间：2017-05-03 17:18

  本文关键词：柔性纤维混凝土阻裂机理及在连续刚构桥中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：柔性纤维混凝土是以柔性纤维作为增强材的水泥基复合材料,本文采用理论分析、试验研究与有限元数值模拟相结合的方法,研究柔性纤维混凝土的阻裂机理和柔性纤维的阻裂效果及影响因素,并依托实际工程,研究柔性纤维对大体积混凝土早期裂缝的阻裂效果。通过以上研究工作以期进一步完善柔性纤维混凝土的阻裂机理,指导柔性纤维混凝土的工程应用。论文提出了基于能量平衡理论的柔性纤维混凝土阻裂机理。分析表明,纤维通过耗能提高材料的断裂韧性或减小裂纹扩展力起到阻裂的作用,在裂纹尖端穿过纤维的瞬间,单根纤维所消耗的能量是巨大的,同时横跨裂纹而未被拔出或拉断的一系列纤维所消耗能量的总和也是很大的;纤维耗能与纤维长度、掺量、直径以及界面比表面能(粘结强度)等有关,且纤维长度越长、掺量越高、直径越小以及界面比表面能(粘结强度)越大,纤维耗能越多、阻裂效果越好。通过抗折试验、塑性收缩试验、断裂韧性与断裂能试验以及摆锤冲击试验,研究纤维长度和纤维掺量对抗折强度、塑性收缩阻裂、断裂韧性与断裂能以及冲击断裂能的影响程度和规律。聚酯纤维对抗折强度有一定的影响,对断裂韧性、冲击断裂能影响较大,且对断裂能影响很大,同时可以提高水泥基材早期塑性收缩阻裂的性能,总体而言,随着纤维长度的增加和纤维掺量的提高,纤维的阻裂和增强效果越好。通过建立具有中心穿透裂纹的平面应力有限元模型,并基于裂尖应力和裂尖沿裂纹线方向的应力强度因子说明了柔性纤维的阻裂作用,且纤维长度越长、掺量越高,阻裂效果越好。本文试验结果及有限元分析结果符合基于能量平衡理论的柔性纤维混凝土阻裂机理,验证了文中所提阻裂机理的合理性。依托重庆南川至贵州道真高速公路某连续刚构桥工程,研究柔性纤维对大体积混凝土早期裂缝的阻裂效果,并建立0号块模型对比分析柔性纤维的掺入对0号块收缩裂缝的影响。柔性纤维可以提高大体积混凝土早期裂缝的抗裂性能,现场掺有聚酯纤维的连续刚构桥梁段相较于传统未掺纤维的梁段裂缝数量少、开展程度低;有限元分析的连续刚构桥0号块收缩裂缝主要分布于箱梁的底板和腹板,且考虑了聚酯纤维后开裂的混凝土单元数量较普通混凝土有一定程度的减少,但有限元计算结果差于现场应用的阻裂效果。
【关键词】：柔性纤维 阻裂机理 阻裂性能试验 连续刚构桥 有限元分析
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U445.57;U448.23
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 论文研究的背景9-10
• 1.2 纤维混凝土研究现状10-15
• 1.2.1 纤维混凝土简介10-12
• 1.2.2 纤维混凝土阻裂机理研究现状12-15
• 1.3 连续刚构桥研究现状15-18
• 1.3.1 连续刚构桥存在的主要病害15-17
• 1.3.2 宽箱室大体积混凝土早期裂缝成因及控制17-18
• 1.4 本文研究的目的及内容18-20
• 1.4.1 本文研究的目的18-19
• 1.4.2 本文研究的内容19-20
• 第二章 柔性纤维混凝土阻裂机理研究20-30
• 2.1 柔性纤维在混凝土中的阻裂作用20
• 2.2 基于裂尖闭合力模型的柔性纤维阻裂机理20-22
• 2.3 柔性纤维阻裂机理的能量法解释22-29
• 2.3.1 裂纹扩展的能量判据22-24
• 2.3.2 基于能量平衡理论的柔性纤维阻裂机理24-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 柔性纤维混凝土阻裂性能试验研究30-55
• 3.1 试验目的30
• 3.2 抗折试验30-36
• 3.2.1 试验设计30-32
• 3.2.2 试验结果及分析32-36
• 3.3 塑性收缩试验36-40
• 3.3.1 试验设计36-38
• 3.3.2 试验结果及分析38-40
• 3.4 断裂韧性与断裂能试验40-50
• 3.4.1 试验设计40-45
• 3.4.2 试验结果及分析45-50
• 3.5 摆锤冲击试验50-54
• 3.5.1 试验设计51-52
• 3.5.2 试验结果及分析52-54
• 3.6 本章小结54-55
• 第四章 柔性纤维阻裂的有限元分析55-66
• 4.1 有限元分析的目的及内容55
• 4.2 有限元分析的基本理论55-59
• 4.2.1 有限元模型单元的选择及特性55-57
• 4.2.2 材料的塑性基本准则及ANSYS选项57
• 4.2.3 破坏准则及ANSYS实现57-58
• 4.2.4 有限元非线性求解58-59
• 4.3 柔性纤维阻裂的有限元模型59-65
• 4.3.1 关键问题处理59-62
• 4.3.2 有限元模型的建立及求解62-63
• 4.3.3 结果对比及分析63-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第五章 柔性纤维混凝土在连续刚构桥中的应用研究66-75
• 5.1 工程概况66
• 5.2 柔性纤维混凝土的现场应用66-68
• 5.2.1 现场应用简介66-68
• 5.2.2 应用效果对比68
• 5.3 0号块的ANSYS有限元模拟68-73
• 5.3.1 建模前准备工作69-72
• 5.3.2 模型建立及求解72
• 5.3.3 结果查看及对比分析72-73
• 5.4 本章小结73-75
• 第六章 结论与展望75-77
• 6.1 主要结论75-76
• 6.2 展望76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-81
• 在学期间发表的论文和取得的学术成果81

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