柔性纖維混凝土箱梁力學性能與破壞特征研究.pdf

1、隨機分散的短切柔性纖維對混凝土具有阻裂作用，可以改善其力學性能與破壞特征。關于柔性纖維對混凝土各項力學性能的影響已有許多研究，并取得重要成果[1-4]。但目前柔性纖維在鐵路混凝土箱梁橋上的應用研究尚少見。因此，有必要研究摻加柔性纖維的混凝土箱梁力學性能與破壞特征。
　　本文研究目的是:掌握柔性纖維混凝土的力學性能;通過高速攝像觀測試驗，闡明纖維混凝土的破壞特征;開展縮尺箱梁模型試驗，揭示柔性纖維混凝土箱梁力學性能，量化纖維對混凝土

2、箱梁的增強效果。
　　本文以典型鐵路簡支箱梁為原型開展研究，主要研究內容及成果分別為:
　　(1)分析了經典纖維混凝土增強理論，并用ABAQUS模擬一個400mm×200mm×1mm的有限寬板Ⅰ型裂紋有限元模型，在相同受力情況下分析其在有纖維和無纖維時的應力強度因子和應變能釋放率，驗證其與理論值是否吻合。主要結論:裂紋在穿過柔性纖維時，柔性纖維能有效減小裂紋前端總應力強度因子，從而抑制裂紋繼續(xù)擴展;數(shù)值結果表明有纖維時的應變

3、能釋放率僅為無纖維時的79％，說明纖維可以有效減小用于產生新裂紋面增量的能量，從而有效提高混凝土抗拉強度等力學性能。
　　(2)研究C55混凝土在按同一摻量摻入不同種類柔性纖維、以及按同一纖維的不同摻量摻入時的力學性能改變情況，并用高速攝像機記錄其破壞過程。主要結論:柔性纖維對混凝土抗壓強度提高雖有限，但使混凝土受壓破壞時基本保持原形狀而非完全碎裂散開;柔性纖維可有效提高混凝土的抗折、軸心抗拉和抗劈裂抗拉強度，其中聚丙烯纖維較聚乙

4、烯醇和玄武巖纖維更有利于混凝土抗折強度的提高。
　　(3)基于相似原理，制作4片C55聚丙烯纖維鋼筋混凝土箱梁縮尺模型，其中一片箱梁為對比用的素混凝土，另外三片箱梁分別按其所占混凝土體積的0.1％、0.2％、0.3％摻入聚丙烯纖維，養(yǎng)護一個月后對箱梁進行力加載，采集箱梁跨中應變、撓度等數(shù)據。主要結論:摻入聚丙烯纖維可以提高鋼筋混凝土箱梁的整體剛度，特別是在較高的荷載狀態(tài)下，可以大幅提高箱梁抵抗撓度的能力;在相同受荷下，跨中底板的橫

5、向應變值隨著纖維摻量增加而增大，且在彈塑性階段特別是接近破壞時表現(xiàn)尤為明顯，說明柔性纖維能有效提高混凝土箱梁的塑性變形能力。
　　(4)基于縮尺模型箱梁試驗，利用Midas/FEA建立鋼筋混凝土縮尺箱梁有限元模型，按總應變原理進行非線性分析。主要結論:①相同加荷條件下，摻入柔性纖維后跨中撓度變小;②摻入柔性纖維能有效提高鋼筋混凝土箱梁的承載能力;③纖維的摻入可增加箱梁的縱向剛度和橫向剛度;④摻入纖維，可以減少鋼筋混凝土箱梁的撓度變