基于細(xì)觀結(jié)構(gòu)的塑鋼纖維混凝土破壞機(jī)理研究.pdf

1、目前，塑鋼纖維混凝土已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的工程實(shí)際中，在現(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)塑鋼纖維混凝土的力學(xué)性能研究大多局限于試驗(yàn)階段，但宏觀試驗(yàn)很難反映出試件細(xì)觀結(jié)構(gòu)的發(fā)展變化過程，而利用數(shù)值模擬技術(shù)可彌補(bǔ)這一不足。
　　本文在細(xì)觀層次上將塑鋼纖維混凝土看作是由粗骨料、砂漿、纖維組成的非均質(zhì)多相復(fù)合材料。利用瓦拉文公式計(jì)算出二維平面內(nèi)塑鋼纖維混凝土各級(jí)配骨料的顆粒數(shù)，再通過纖維摻量計(jì)算出二維平面內(nèi)纖維的根數(shù)。通過MATLAB有限元軟件自主編程，在二

2、維平面內(nèi)生成符合條件的，骨料與纖維隨機(jī)分布的塑鋼纖維混凝土數(shù)值模型。將該模型導(dǎo)入到有限元軟件 ANSYS中，分別模擬了纖維摻量為0.0%、0.5%、0.8%、0.9%、1.0%、1.1%、1.2%時(shí)，塑鋼纖維混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。
　　通過數(shù)值計(jì)算，得到纖維摻量為0.9%時(shí)，塑鋼纖維混凝土的力學(xué)性能最優(yōu)。此時(shí)混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度提高了16%，劈裂抗拉強(qiáng)度提高了26%。對(duì)比纖維摻量為0.0%與0.9%時(shí)，不

3、同受力狀況下，兩組模型的位移云圖，應(yīng)力云圖以及裂紋擴(kuò)展圖，分析結(jié)果可知：
　　在立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)中，兩組模型均水平向外膨脹變形，垂直向下變形。在加載初期，塑鋼纖維混凝土較基準(zhǔn)混凝土的水平向位移值降低了5.9%；從應(yīng)力云圖來看，塑鋼纖維混凝土的水平向應(yīng)力在不同荷載步時(shí)有9%～27.8%不同程度的降低，塑鋼纖維可改善混凝土的傳力路徑和受力性能，提高混凝土的極限承載力，延緩混凝土破壞。
　　在劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)中，塑鋼纖維對(duì)混凝土

4、的水平向位移變形有很好的抑制作用，而對(duì)垂直向位移幾乎沒有影響；從應(yīng)力圖來看，水平向拉應(yīng)力區(qū)主要分布在試件的中部，垂直向拉應(yīng)力區(qū)則分布在試件左右兩側(cè)及中部的界面處；塑鋼纖維混凝土的水平向應(yīng)力在不同荷載步下有47.3%～50%不同程度的降低。表明塑鋼纖維可有效分擔(dān)混凝土內(nèi)部受拉應(yīng)力，延緩混凝土破壞。
　　由裂紋圖可知，兩種受力狀態(tài)下，塑鋼纖維均有很好的阻裂增韌作用，且裂紋均從骨料與砂漿的粘結(jié)界面萌生。塑鋼纖維混凝土較基準(zhǔn)混凝土，裂縫發(fā)