聚丙烯纤维自密实混凝土梁疲劳性能研究

发布时间：2017-07-29 06:17

  本文关键词：聚丙烯纤维自密实混凝土梁疲劳性能研究

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【摘要】：本文通过试验设计找到能够满足聚丙烯纤维自密实混凝土工作性能和力学性能的配合比,然后对聚丙烯纤维自密实混凝土进行了力学性能测试。根据混凝土结构相关试验规程,设计并进行了三组聚丙烯纤维-钢筋自密实混凝土梁的试验研究:第一组和第二组分别为不同聚丙烯纤维体积掺量试验梁的三点弯曲静力加载试验和疲劳加载试验;第三组为不同应力水平的试验梁三点弯曲疲劳加载试验。首先通过第一组试验梁的静力试验得出不同掺量聚丙烯纤维混凝土梁在荷载作用下的挠度、刚度、钢筋和混凝土的应力应变以及裂缝开展情况,并以此作为基本参照对比第二组、第三组试验梁疲劳加载的结果;其次根据第二组、第三组试验梁的疲劳荷载试验,分析得出不同聚丙烯纤维掺量和不同应力水平下试验梁的挠度、刚度,梁体裂缝高度、裂缝分布密度、长度以及最大宽度,混凝土和受拉钢筋应变随疲劳荷载次数的变化情况。本文主要研究内容如下:1查阅分析相关聚丙烯纤维自密实混凝土配合比设计规范和文献资料,进行满足其工作性能和力学性能要求的配合比设计,以及相应试件的立方体抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量、劈裂抗拉强度、抗折强度的力学性能试验。2通过对普通钢筋自密实混凝土梁、12mm0.10%和12mm0.15%体积掺量聚丙烯纤维-钢筋自密实混凝土梁的抗弯性能试验研究,分析了不同体积掺量聚丙烯纤维对混凝土梁的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载以及裂缝形态的影响,得到了试验梁跨中挠度、钢筋和混凝土应变与荷载大小或疲劳加载次数的关系曲线。3基于疲劳理论分析了聚丙烯纤维-钢筋自密实混凝土梁在不同应力水平的重复加载下的S-N曲线。通过疲劳实验过程中试验梁裂缝和挠度的开展情况,结合刚度退化研究了不同应力水平的疲劳荷载对其疲劳损伤累积的影响。4运用ANSYS软件,对普通自密实钢筋混凝土梁和12mm0.15%体积掺量的聚丙烯纤维-钢筋自密实混凝土梁进行了接触、材料非线性的抗弯性能分析,并将数值分析结果与试验测试结果进行了对比,给出了试验梁在静力加载下的裂缝分布图以及混凝土第一主应力云图和钢筋轴向应力图。针对12mm0.15%体积掺量的聚丙烯纤维-钢筋自密实混凝土梁进行了不同应力水平下疲劳加载的数值模拟,对比试验测试结果,分析了运用ANSYS软件对聚丙烯纤维自密实混泥土梁疲劳寿命预测的可行性。
【关键词】：自密实混凝土 聚丙烯纤维 抗弯性能 刚度退化 疲劳寿命
【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】：U441.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 选题的背景和意义10-11
• 1.2 国内外疲劳研究现状11-14
• 1.2.1 国外疲劳研究11
• 1.2.2 我国疲劳研究11-12
• 1.2.3 疲劳研究的尺度和方法12-14
• 1.3 纤维自密实混凝土的研究现状14-16
• 1.3.1 国内外纤维自密实混凝土的发展14
• 1.3.2 普通钢筋混凝土疲劳研究现状14-15
• 1.3.3 纤维自密实混凝土疲劳研究现状15
• 1.3.4 钢筋混凝土有限元模拟15-16
• 1.4 试验目的和意义16
• 1.5 本文研究内容16-18
• 第二章 聚丙烯纤维自密实混凝土试验设计18-28
• 2.1 试验材料、配合比以及梁构件的设计18-22
• 2.1.1 试验材料的选取18-20
• 2.1.2 混凝土配合比的确定20
• 2.1.3 自密实混凝土梁的制作20-22
• 2.2 试验加载系统和疲劳加载程序22-24
• 2.2.1 试验加载系统22-23
• 2.2.2 疲劳试验加载程序23-24
• 2.2.3 疲劳试验加载安全措施24
• 2.3 试验测点的布置和数据采集24-28
• 2.3.1 试验测点布置24-26
• 2.3.2 试验数据的采集26-28
• 第三章 试验结果研究分析28-52
• 3.1 聚丙烯纤维-钢筋自密实混凝土梁静力试验现象及结果分析28-32
• 3.1.1 静力试验现象描述28-29
• 3.1.2 静力试验结果对比分析29-32
• 3.2 疲劳试验现象描述及疲劳破坏特征32-37
• 3.2.1 疲劳试验现象描述32-36
• 3.2.2 疲劳破坏特征及疲劳寿命36-37
• 3.3 疲劳试验应变分析37-40
• 3.3.1 钢筋、混凝土应变分析37-39
• 3.3.2 平截面假定验证39-40
• 3.4 疲劳试验裂缝分析40-46
• 3.4.1 裂缝最大宽度40-41
• 3.4.2 裂缝最大长度41-43
• 3.4.3 梁疲劳损伤分析43-46
• 3.5 疲劳试验跨中挠度与刚度分析46-50
• 3.5.1 挠度分析46-48
• 3.5.2 刚度分析48-50
• 3.6 本章小结50-52
• 第四章 疲劳性能的理论分析与计算52-69
• 4.1 疲劳寿命及S-N曲线分析52-55
• 4.1.1S-N曲线及经验公式52-53
• 4.1.2 普通钢筋混凝土梁的S-N曲线53
• 4.1.3 钢纤维混凝土梁的S-N曲线53-54
• 4.1.4 聚丙烯纤维自密实混凝土梁的S-N曲线54-55
• 4.2 疲劳损伤累积理论55-63
• 4.2.1 Palmgren-Miner损伤累积理论55-57
• 4.2.2 幂指数损伤累积理论57-58
• 4.2.3 Corten-Dolan损伤累积理论58-60
• 4.2.4 基于刚度退化分析应力水平对梁疲劳寿命的影响60-61
• 4.2.5 基于刚度退化分析不同掺量聚丙烯纤维对梁疲劳的影响61-63
• 4.3 开裂荷载及裂缝开展速率分析63-67
• 4.3.1 开裂荷载63-65
• 4.3.2 裂缝开展速率分析65-67
• 4.4 本章小结67-69
• 第五章 聚丙烯纤维自密实混凝土梁数值模拟分析69-86
• 5.1 有限元模型的建立69-75
• 5.1.1 材料属性及单元设置71-72
• 5.1.2 材料的本构模型及破坏准则72-74
• 5.1.3 网格划分、边界条件模拟74-75
• 5.1.4 求解设置75
• 5.2 聚丙烯纤维-钢筋自密实混凝土梁非线性有限元分析75-83
• 5.2.1 聚丙烯纤维混凝土梁开裂荷载、屈服荷载、极限荷载对比分析75-79
• 5.2.2 试验梁静力加载有限元模拟结果分析79-83
• 5.3 聚丙烯纤维自密实混凝土梁疲劳性能有限元分析83-85
• 5.3.1 基于ANSYS软件疲劳分析有关介绍83
• 5.3.2 试验梁疲劳加载预测结果分析83-85
• 5.4 本章小结85-86
• 第六章 结论与展望86-88
• 6.1 主要结论86-87
• 6.2 展望87-88
• 致谢88-89
• 参考文献89-92
• 在学期间发表的论文及科研成果92

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