钢纤维混凝土单轴受压本构关系试验研究

作     者：张梓超 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱海堂

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：钢纤维 混凝土 单轴受压 本构关系 

摘      要：钢纤维加入到混凝土中可以起到增强增韧的效果,虽然钢纤维混凝土已经应用于水利水电、海岸海洋、土木建筑、道路桥梁等工程建设中,但作为钢纤维混凝土结构设计和数值计算依据的钢纤维混凝土受压本构关系,相关研究还十分有限,限制了钢纤维混凝土的进一步推广和应用。本文通过钢纤维混凝土单轴受压试验,研究了钢纤维混凝土的抗压强度和受压本构关系。主要研究内容如下:(1)通过90个150mm×150mm×150mm的钢纤维混凝土立方体试件的抗压强度试验,研究了不同混凝土基体强度下,钢纤维体积率和钢纤维强度对混凝土立方体试件破坏形态和抗压强度的影响。结果表明,钢纤维使混凝土的破坏形态由脆性破坏转变为塑性破坏;混凝土基体强度在C30/CF3060/CF60时,钢纤维体积率在0%%范围的增大,立方体抗压强度可提高2.5%1.66%,高强度钢纤维对混凝土立方体抗压强度的增强效果优于低强度钢纤维。(2)基于试验机自身刚度的情况下,通过90个150mm×150mm×300mm的钢纤维混凝土棱柱体单轴受压试验,研究了钢纤维体积率、基体混凝土强度和钢纤维强度对钢纤维混凝土单轴受压破坏形态和本构关系的影响。结果表明,钢纤维在试件裂缝失稳扩展阶段和破坏阶段增强增韧效果显著。由于试验机自身刚度较小,高强混凝土试件难以测得应力-应变曲线下降段。混凝土基体强度在C30/CF3060/CF60时,随钢纤维体积率在0%.0%范围内的增大,应力-应变曲线愈加饱满,峰值应力和峰值应变显著增大。而对于C80/CF80混凝土试件,峰值应力仍随钢纤维体积率增大而提高,峰值应变则有所降低。高强度钢纤维对高强混凝土增韧效果较好。针对钢纤维混凝土的特点,建立了钢纤维混凝土受压本构关系模型。(3)基于在试验机上增设刚性元件的情况下,通过90个150mm×150mm×300mm的钢纤维混凝土棱柱体单轴受压试验,研究了钢纤维体积率、混凝土基体强度和钢纤维类型对钢纤维混凝土单轴受压本构关系的影响。研究表明,混凝土基体强度在C30/CF3080/CF80时,钢纤维体积率在0%.0%范围内的增大,棱柱体试件的受压应力-应变曲线更加饱满,峰值应力、峰值应变和曲线下包面积均显著提高。随基体强度等级在C30/CF3080/CF80范围内的提高,试件的峰值应力提高,曲线上升段斜率增大,而曲线曲率和上升段的变形减小。高强度钢纤维对高强混凝土增韧效果较好。与基于试验机自身刚度的试验方法相比,增设刚性元件后可以稳定地量测到应力-应变曲线的下降段,并使曲线上升段参数有所增大,曲线下降段的规律性更加明显。建立的钢纤维受压本构关系模型仍适用于基于试验机自身机刚度情况下的钢纤维混凝土本构关系计算。