多尺度聚丙烯纖維混凝土力學性能試驗和拉壓損傷本構(gòu)模型研究.pdf

1、多尺度聚丙烯纖維混凝土(Multi-scale polypropylene fiber concrete,簡稱MPFC)是指同種品質(zhì),幾何形態(tài)不同的兩種或兩種以上的聚丙烯纖維混摻在混凝土中的新型復合建筑材料。聚丙烯細纖維對混凝土的早期塑性開裂有抑制作用,對后期硬化混凝土抗裂性改善較小。以往采用聚丙烯纖維與鋼纖維混摻的方法阻止硬化混凝土的開裂,提高韌性。但鋼纖維存在易銹蝕,價格高等缺點,而聚丙烯粗纖維是一種新型增強增韌材料,具有耐腐蝕性能

2、好,價格低等優(yōu)點。在環(huán)境較為惡劣的工程中可代替鋼纖維使用。鑒于此,本研究采用室內(nèi)試驗、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對MPFC試件進行較為深入的力學性能研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①對MPFC進行抗裂性試驗研究,結(jié)果表明聚丙烯細纖維在塑性態(tài)混凝土中的阻裂效應優(yōu)于粗纖維,聚丙烯粗纖維在混凝土硬化階段的抗裂效果優(yōu)于細纖維;多尺度聚丙烯纖維在塑性態(tài)混凝土中的阻裂存在著正、負兩種效應,在硬化階段的抗裂效果與粗纖維相當。②通過單軸拉伸

3、試驗研究MPFC的抗拉性能,結(jié)果顯示MPFC的抗拉峰值荷載較素混凝土有較小提高;MPFC在單向拉伸荷載作用下,應力-應變曲線下降段出現(xiàn)了低應力-應變硬化現(xiàn)象,MPFC抗拉韌性的改善幅度優(yōu)于單摻聚丙烯纖維混凝土。③對MPFC進行單軸抗壓試驗研究,結(jié)果顯示MPFC抗壓峰值荷載有小幅提高;MPFC的抗壓應力-應變曲線下降段比素混凝土平緩。MPFC峰值后的應力隨應變的增加降低緩慢,應力一應變曲線下包面積較大,其峰值后的抗壓韌性性能得到較好改善。

4、④對MPFC進行四點彎曲試驗研究,結(jié)果表明MPFC的抗彎強度有小幅提高;MPFC在彎曲荷載作用下,荷載-撓度曲線下降段出現(xiàn)非常明顯的低荷載-變形硬化特性,曲線所包面積較大,峰值荷載后抗彎韌性的改善幅度遠大于聚丙烯細纖維混凝土,同時也大于聚丙烯粗纖維混凝土。通過對比拉、彎性能指標建立 MPFC拉彎對應關系,MPFC彎拉強度比值在2.15~2.80之間,抗彎韌性指數(shù)大于抗拉韌性指數(shù),但數(shù)據(jù)整體變化趨勢相同,表明四點彎曲試驗可以代替單軸拉伸試

5、驗,成為評價MPFC獨特力學性能的簡單實用試驗方法。⑤根據(jù)試驗結(jié)果,建立適合于描述MPFC抗拉、抗壓特性的損傷本構(gòu)模型,得到聚丙烯纖維混凝土損傷因子的曲線形狀參數(shù),為此類 MPFC在工程中的應用提供理論基礎。⑥基于有限差分理論,推導多尺度聚丙烯纖維混凝土拉壓損傷本構(gòu)模型的有限差分表達形式;結(jié)合FLAC3D軟件良好的開發(fā)平臺,利用VC++程序?qū)崿F(xiàn)多尺度聚丙烯纖維混凝土損傷模型的二次開發(fā),獲得該模型的動態(tài)鏈接計算程序,并通過試驗模擬和算例分