纤维混凝土静动态力学性能与纤维作用效果分析
发布时间：2021-01-01 16:59
在混凝土材料的使用过程中,干缩开裂、脆断性、抗冲击性能不足等问题始终存在,制约着现代建筑结构的发展。通过掺入纤维来改良混凝土性能的方法已被证明稳定有效,并在工程上得到了广泛应用。钢纤维、玻璃纤维、碳纤维以及植物纤维等都可被用作混凝土的增强材料,但不同纤维作用效果的差异以及影响纤维作用效果的因素等问题,都仍需进一步的研究。本文首先对素混凝土、钢纤维混凝土以及棕榈纤维混凝土试件进行动态劈裂试验,对比分析不同弹性模量纤维对混凝土动态力学性能的作用效果;再运用损伤理论以及纤维增强理论分析解释纤维的作用效果以及作用机理,并对照试验结果验证纤维混凝土抗拉强度计算式;最后通过有限元模拟探讨纤维混凝土在裂纹梁上的应用效果及前景。本文的主要研究内容及结果:1、通过实验来对比分析不同种类纤维混凝土的静动态力学性能。对素混凝土、钢纤维混凝土（高弹性模量）以及棕榈纤维混凝土（低弹性模量）进行冲击试验,加载设备为分离式霍普金森杆,加载方式为圆盘劈裂,并通过高速摄像机、应变片以及DIC软件对破坏过程进行全程记录与分析。首先从试件的冲击破坏形态初步分析纤维的作用效果;再通过试验数据,验证纤维的增强增韧效果,并探讨纤...
【文章来源】：青岛理工大学山东省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型弹射试验装置结构简图
青岛理工大学工学硕士学位论文11体内的传播速度最快，富有穿透性，易于克服障碍；横波(S波)是等容的、有旋的、横向的剪波，传播速度较慢。P波沿传播方向极化，介质中质点往复运动的方向与波的传播方向一致，如图1.2所示。S波分为两部分，沿平行于z轴方向极化的称为SH波，沿平行于xy平面方向极化的称为SV波[37]。图1.2波的传递示意图图1.3波在裂纹尖端附近的传递示意图在断裂力学中，裂纹看成由两个自由表面组合而成。入射波经过裂纹一般被绕射成P、SV、SH波，这些波使裂纹附近质点产生往复运动，设裂纹位于平面，在裂纹尖端附近的质点，将沿三个方向作往复的运动[37]，如图1.3所示。在裂纹尖端附近有应力集中现象，与静载情况相似，应力集中的强度用动应力强度系数度量。1.5本文的主要研究思路为研究纤维混凝土的动态力学性能以及不同纤维作用效果的差异，本文将对高弹性模量的钢纤维混凝土以及低弹性模量的棕榈纤维混混凝土进行冲击试验，以研究纤维对混凝土性能的整体改良效果，并探究不同种类纤维对混凝土的动态强度以及动态韧性增强效果的差异。在冲击试验过程中，用高速相机记录下试件的完整破坏过程，通过DIC技术分析试件受力后的应力场与位移场，以获得精确的对比数据。在对纤维的增强机理进行理论分析之前，先研究了解基体材料的损伤与破坏特性，为理论解释打下基矗从细观尺度，建立微裂纹模型，分析准脆性材料的破坏机理以及损伤变化，再将细观损伤与宏观断裂相结合，形成完整的多尺度研究。基于对基体材料的分析与了解，再对纤维的作用机理进行分析。依据现有的纤维-混凝土界面模型以及裂纹面模型等，推导单根纤维的作用力计算式，再将单根纤维的计算结果代入纤维增强材料的抗拉强度计算式，得到纤维混凝土的强度理论值，
青岛理工大学工学硕士学位论文11体内的传播速度最快，富有穿透性，易于克服障碍；横波(S波)是等容的、有旋的、横向的剪波，传播速度较慢。P波沿传播方向极化，介质中质点往复运动的方向与波的传播方向一致，如图1.2所示。S波分为两部分，沿平行于z轴方向极化的称为SH波，沿平行于xy平面方向极化的称为SV波[37]。图1.2波的传递示意图图1.3波在裂纹尖端附近的传递示意图在断裂力学中，裂纹看成由两个自由表面组合而成。入射波经过裂纹一般被绕射成P、SV、SH波，这些波使裂纹附近质点产生往复运动，设裂纹位于平面，在裂纹尖端附近的质点，将沿三个方向作往复的运动[37]，如图1.3所示。在裂纹尖端附近有应力集中现象，与静载情况相似，应力集中的强度用动应力强度系数度量。1.5本文的主要研究思路为研究纤维混凝土的动态力学性能以及不同纤维作用效果的差异，本文将对高弹性模量的钢纤维混凝土以及低弹性模量的棕榈纤维混混凝土进行冲击试验，以研究纤维对混凝土性能的整体改良效果，并探究不同种类纤维对混凝土的动态强度以及动态韧性增强效果的差异。在冲击试验过程中，用高速相机记录下试件的完整破坏过程，通过DIC技术分析试件受力后的应力场与位移场，以获得精确的对比数据。在对纤维的增强机理进行理论分析之前，先研究了解基体材料的损伤与破坏特性，为理论解释打下基矗从细观尺度，建立微裂纹模型，分析准脆性材料的破坏机理以及损伤变化，再将细观损伤与宏观断裂相结合，形成完整的多尺度研究。基于对基体材料的分析与了解，再对纤维的作用机理进行分析。依据现有的纤维-混凝土界面模型以及裂纹面模型等，推导单根纤维的作用力计算式，再将单根纤维的计算结果代入纤维增强材料的抗拉强度计算式，得到纤维混凝土的强度理论值，
【参考文献】：
期刊论文
[1]SHPB实验过程中岩石变形破坏的实时物像同步分析[J]. 万璋,范立峰,王林,巩荣耀. 实验力学. 2017(06)
[2]含预制裂隙大理岩SHPB动态力学破坏特性试验研究[J]. 李地元,韩震宇,孙小磊,李夕兵. 岩石力学与工程学报. 2017(12)
[3]混凝土动态劈裂试验中的惯性效应研究[J]. 向达,王志华,王根伟. 太原理工大学学报. 2017(02)
[4]SHPB加载下含不同倾角裂隙的类岩石试样力学特性[J]. 王卫华,李坤,王小金,姜海涛,严哲. 科技导报. 2016(18)
[5]平台巴西劈裂试验确定岩石抗拉强度的理论分析[J]. 黄耀光,王连国,陈家瑞,张继华. 岩土力学. 2015(03)
[6]3种岩石的平台巴西圆盘动态劈裂拉伸试验分析[J]. 许金余,刘石,孙蕙香. 岩石力学与工程学报. 2014(S1)
[7]准脆性材料黏聚阻裂的计算与实验[J]. 王利民,徐世烺,张东焕,于德胡,韩道平,李勇. 力学季刊. 2013(03)
[8]植物纤维混凝土的研究现状[J]. 李超飞,苏有文,陈国平. 混凝土. 2013(05)
[9]纤维素纤维混凝土抗冻性试验研究[J]. 邓宗才,张永方. 混凝土与水泥制品. 2012(12)
[10]圆盘厚径比对岩石劈裂抗拉强度影响的试验研究[J]. 邓华锋,李建林,朱敏,王瑞红,原先凡,罗骞. 岩石力学与工程学报. 2012(04)
博士论文
[1]钢纤维混凝土静力损伤及疲劳损伤研究[D]. 杨润年.华南理工大学 2013
[2]基于粘结裂缝模型的非均匀准脆性材料断裂模拟研究[D]. 苏项庭.浙江大学 2011
硕士论文
[1]圆锥头钢纤维的单根拔出试验和理论分析[D]. 李向阳.湖南大学 2016
[2]钢纤维—水泥石基体界面特征及对混凝土宏观性能影响的研究[D]. 代超.重庆交通大学 2015
[3]纤维素纤维混凝土耐久性、高温抗爆裂及徐变特性[D]. 张文潇.东南大学 2015
[4]纤维混凝土抗冲击性能的试验研究[D]. 陈相宇.大连理工大学 2010
[5]冲击作用下混凝土中应力波传播规律研究[D]. 郭弦.国防科学技术大学 2010
本文编号：2951661
【文章来源】：青岛理工大学山东省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型弹射试验装置结构简图
青岛理工大学工学硕士学位论文11体内的传播速度最快，富有穿透性，易于克服障碍；横波(S波)是等容的、有旋的、横向的剪波，传播速度较慢。P波沿传播方向极化，介质中质点往复运动的方向与波的传播方向一致，如图1.2所示。S波分为两部分，沿平行于z轴方向极化的称为SH波，沿平行于xy平面方向极化的称为SV波[37]。图1.2波的传递示意图图1.3波在裂纹尖端附近的传递示意图在断裂力学中，裂纹看成由两个自由表面组合而成。入射波经过裂纹一般被绕射成P、SV、SH波，这些波使裂纹附近质点产生往复运动，设裂纹位于平面，在裂纹尖端附近的质点，将沿三个方向作往复的运动[37]，如图1.3所示。在裂纹尖端附近有应力集中现象，与静载情况相似，应力集中的强度用动应力强度系数度量。1.5本文的主要研究思路为研究纤维混凝土的动态力学性能以及不同纤维作用效果的差异，本文将对高弹性模量的钢纤维混凝土以及低弹性模量的棕榈纤维混混凝土进行冲击试验，以研究纤维对混凝土性能的整体改良效果，并探究不同种类纤维对混凝土的动态强度以及动态韧性增强效果的差异。在冲击试验过程中，用高速相机记录下试件的完整破坏过程，通过DIC技术分析试件受力后的应力场与位移场，以获得精确的对比数据。在对纤维的增强机理进行理论分析之前，先研究了解基体材料的损伤与破坏特性，为理论解释打下基矗从细观尺度，建立微裂纹模型，分析准脆性材料的破坏机理以及损伤变化，再将细观损伤与宏观断裂相结合，形成完整的多尺度研究。基于对基体材料的分析与了解，再对纤维的作用机理进行分析。依据现有的纤维-混凝土界面模型以及裂纹面模型等，推导单根纤维的作用力计算式，再将单根纤维的计算结果代入纤维增强材料的抗拉强度计算式，得到纤维混凝土的强度理论值，
青岛理工大学工学硕士学位论文11体内的传播速度最快，富有穿透性，易于克服障碍；横波(S波)是等容的、有旋的、横向的剪波，传播速度较慢。P波沿传播方向极化，介质中质点往复运动的方向与波的传播方向一致，如图1.2所示。S波分为两部分，沿平行于z轴方向极化的称为SH波，沿平行于xy平面方向极化的称为SV波[37]。图1.2波的传递示意图图1.3波在裂纹尖端附近的传递示意图在断裂力学中，裂纹看成由两个自由表面组合而成。入射波经过裂纹一般被绕射成P、SV、SH波，这些波使裂纹附近质点产生往复运动，设裂纹位于平面，在裂纹尖端附近的质点，将沿三个方向作往复的运动[37]，如图1.3所示。在裂纹尖端附近有应力集中现象，与静载情况相似，应力集中的强度用动应力强度系数度量。1.5本文的主要研究思路为研究纤维混凝土的动态力学性能以及不同纤维作用效果的差异，本文将对高弹性模量的钢纤维混凝土以及低弹性模量的棕榈纤维混混凝土进行冲击试验，以研究纤维对混凝土性能的整体改良效果，并探究不同种类纤维对混凝土的动态强度以及动态韧性增强效果的差异。在冲击试验过程中，用高速相机记录下试件的完整破坏过程，通过DIC技术分析试件受力后的应力场与位移场，以获得精确的对比数据。在对纤维的增强机理进行理论分析之前，先研究了解基体材料的损伤与破坏特性，为理论解释打下基矗从细观尺度，建立微裂纹模型，分析准脆性材料的破坏机理以及损伤变化，再将细观损伤与宏观断裂相结合，形成完整的多尺度研究。基于对基体材料的分析与了解，再对纤维的作用机理进行分析。依据现有的纤维-混凝土界面模型以及裂纹面模型等，推导单根纤维的作用力计算式，再将单根纤维的计算结果代入纤维增强材料的抗拉强度计算式，得到纤维混凝土的强度理论值，
【参考文献】：
期刊论文
[1]SHPB实验过程中岩石变形破坏的实时物像同步分析[J]. 万璋,范立峰,王林,巩荣耀. 实验力学. 2017(06)
[2]含预制裂隙大理岩SHPB动态力学破坏特性试验研究[J]. 李地元,韩震宇,孙小磊,李夕兵. 岩石力学与工程学报. 2017(12)
[3]混凝土动态劈裂试验中的惯性效应研究[J]. 向达,王志华,王根伟. 太原理工大学学报. 2017(02)
[4]SHPB加载下含不同倾角裂隙的类岩石试样力学特性[J]. 王卫华,李坤,王小金,姜海涛,严哲. 科技导报. 2016(18)
[5]平台巴西劈裂试验确定岩石抗拉强度的理论分析[J]. 黄耀光,王连国,陈家瑞,张继华. 岩土力学. 2015(03)
[6]3种岩石的平台巴西圆盘动态劈裂拉伸试验分析[J]. 许金余,刘石,孙蕙香. 岩石力学与工程学报. 2014(S1)
[7]准脆性材料黏聚阻裂的计算与实验[J]. 王利民,徐世烺,张东焕,于德胡,韩道平,李勇. 力学季刊. 2013(03)
[8]植物纤维混凝土的研究现状[J]. 李超飞,苏有文,陈国平. 混凝土. 2013(05)
[9]纤维素纤维混凝土抗冻性试验研究[J]. 邓宗才,张永方. 混凝土与水泥制品. 2012(12)
[10]圆盘厚径比对岩石劈裂抗拉强度影响的试验研究[J]. 邓华锋,李建林,朱敏,王瑞红,原先凡,罗骞. 岩石力学与工程学报. 2012(04)
博士论文
[1]钢纤维混凝土静力损伤及疲劳损伤研究[D]. 杨润年.华南理工大学 2013
[2]基于粘结裂缝模型的非均匀准脆性材料断裂模拟研究[D]. 苏项庭.浙江大学 2011
硕士论文
[1]圆锥头钢纤维的单根拔出试验和理论分析[D]. 李向阳.湖南大学 2016
[2]钢纤维—水泥石基体界面特征及对混凝土宏观性能影响的研究[D]. 代超.重庆交通大学 2015
[3]纤维素纤维混凝土耐久性、高温抗爆裂及徐变特性[D]. 张文潇.东南大学 2015
[4]纤维混凝土抗冲击性能的试验研究[D]. 陈相宇.大连理工大学 2010
[5]冲击作用下混凝土中应力波传播规律研究[D]. 郭弦.国防科学技术大学 2010
本文编号：2951661
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