钢-聚丙烯混杂纤维超高性能混凝土单轴受压应力-应变关系研究

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超高性能混凝土(Ultra-HighPerformanceConcrete,以下简称UHPC)作为一种具有超高强、高韧性以及优异耐久性的新型水泥基复合材料,自问世以来就受到国内外土木工程界的高度关注,是21世纪新型混凝土材料的发展方向。已有研究表明,将聚丙烯纤维和钢纤维混杂加入混凝土后,两种纤维协同工作,纤维相互空间作用得到加强,能够形成工作性能良好的空间整体,进而使UHPC力学性能得到一定程度的改善和提高。现阶段关于钢-聚丙烯混杂纤维UHPC(Steel-PolypropyleneHybridFiberReinforcedUHPC,以下简称SPHFR-UHPC)单轴受压下的工作机理与力学性能尚不明确,单轴受压应力-应变关系研究不够成熟。因此,本文依托国家自然科学基金重点项目“复杂作用下钢管超高性能混凝土力学性能及设计计算理论研究”(51738011),对SPHFR-UHPC单轴受压应力-应变关系开展研究,主要工作及成果如下:
  (1)考虑钢纤维体积掺量、聚丙烯纤维体积掺量和长径比3种因素,设计并制作了用于立方体抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验的各57个UHPC试立方体块。通过试验,考察了UHPC的受力全过程及破坏形态,分析了纤维特征参数对UHPC拉压强度的影响规律。结果表明,掺入钢-聚丙烯混杂纤维后,UHPC的立方体抗压强度可提高36.3%,轴心抗压强度可提高31.9%,劈裂抗拉强度可提高539%;混杂纤维最佳配比为,钢纤维体积掺量1.50%、聚丙烯纤维长径比167体积掺量0.10%。基于试验结果提出了考虑纤维参数的SPHFR-UHPC立方体抗压强度计算式、劈裂抗拉强度计算式以及劈裂抗拉强度与立方体抗压强度的关系式。
  (2)考虑钢纤维体积掺量、聚丙烯纤维体积掺量和长径比3种因素,设计并制作了57个UHPC棱柱体试块。通过单轴受压应力-应变全曲线试验,考察了SPHFR-UHPC的受力全过程及破坏形态,测量应力-应变全曲线,分析了纤维特征参数对SPHFR-UHPC单轴受压力学性能指标的影响,并基于试验结果数据建立了考虑纤维特征参数影响的SPHFR-UHPC单轴受压下峰值应力、峰值应变、弹性模量的计算式。
  (3)基于实测SPHFR-UHPC应力-应变全曲线,参考已有混凝土应力-应变全曲线方程,提出了SPHFR-UHPC应力-应变全曲线数学表达式,并运用相关文献的试验数据进行了验证,拟合结果与试验数据吻合较好。
  最后在总结全文分析结果的基础上,对本课题的后续研究提出了展望。
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