钢纤维高强混凝土增强、增韧机理及基于韧性的设计方法研究

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1、大连理工大学博士学位论文钢纤维高强混凝土增强、增韧机理及基于韧性的设计方法研究姓名：杨萌申请学位级别：博士专业：结构工程指导教师：黄承逵20060101大连理工大学博士学位论文摘要纤维混凝土作为一种高性能混凝土建筑材料，在我国工程建设领域得到非常广泛的应用。为了适应纤维混凝土向高强度、高性能方向的发展和应用趋势，根据中国工程建设标准化协会的要求，中国土木工程学会纤维混凝土委员会委托大连理工大学为主编单位，经对原协会标准《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》CECS38：92进行全面修订，制定了新的标准《纤维混凝土结构技术规程》CECS38：2004。在规程修订的前提下，本课题对钢纤维与高强砂浆的

2、粘结性能，钢纤维高强混凝土的基本力学性能进行了系统的试验研究；深入分析了钢纤维与基体间的界面粘结机理，以及钢纤维对高强混凝土的增强、增韧作用；考虑钢纤维混凝土的韧性，提出了新的钢纤维混凝土工业建筑地面设计方法。(1)．通过进行钢纤维与高强度水泥砂浆粘结拉拔试验，联系现有文献的试验资料，系统地研究了5种钢纤维(其中有4种为异型钢纤维)与4种强度等级高强砂浆基体的粘结性能。分析了基体强度、钢纤维类型和自身强度对界面极限粘结强度、纤维破坏形态的影响，讨论了不同类型钢纤维适用的基体强度范围。同时发现，随着基体砂浆强度的升高，在钢纤维与基体间界面粘结剪力的各个组分中，沿钢纤维体长分布的粘着力和广义摩擦

3、力的提高最为显著。比较了钢纤维形状和砂浆基体强度对粘结滑移曲线特征和粘结拔出功的影响，当纤维出现拔断现象时，其增韧效果会大大降低。通过试验数据回归得出了不同类型钢纤维与高强水泥砂浆基体间极限粘结强度计算公式。(2)．针对原有规程《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》CECS38：92适用强度等级偏低的问题，本文对钢纤维高强混凝土的抗压、抗拉、弯曲、抗剪等基本力学性能进行了详细的试验研究，分析了钢纤维形状和自身强度、基体强度、钢纤维掺量等因素对钢纤维高强混凝土基本力学性能的影响。对基于复合材料理论的SFRC基本强度计算公式进行了回归，研究了钢纤维高强混凝土轴拉、弯曲荷载．变形全曲线的特性，提出了统

4、一的钢纤维混凝土韧性评价模式。给出了钢纤维高强混凝土劈拉强度、轴拉强度和弯拉强度的关系式。通过试验建立了钢纤维高强混凝土单轴拉伸曲线计算模型。给出了钢纤维高强混凝土弯拉初裂强度和弯拉极限强度的关系公式。并且提出了新的钢纤维混凝土抗剪强度的计算公式，公式的计算结果与实验结果符合较好。研究发现，在使用钢纤维来改善混凝土受压性能时，宜选取大长径比、自身强度高、小直径的线状钢纤维；提高钢纤维掺量对高强混凝土抗拉强度的改善作用比对普通强度混凝土明显，而对于轴拉初裂强度的提高与对于普通混凝土的提高基本相同；杨萌：钢纤维高强混凝土增强、增韧机理及基于韧性的设计方法研究掺量相同时，不同类型的钢纤维对混凝土初

5、裂弯拉强度的增强效果近似，而对混凝土极限弯拉强度的增强效果有较大差别；经过对已有计算评价方法的比较，选用了钢纤维高强混凝土弯盐韧性的评价方法，该方法客观准确，计算和应用比较简单方便，已编入我国《纤维混凝土结构技术规程》CECS38：2004中；此外，研究还发现，钢纤维的截面性质对钢纤维高强混凝土抗剪强度的影响很大。(3)．本文结合钢纤维高强混凝土粘结拔出试验，对钢纤维的粘结拔出界面机理进行了详细的分析，并以Cox剪滞理论为基础，将SFRC作为三相体(增强相、被增强相、界面相)进行研究，提出了新的异型钢纤维与高强砂浆基体间的粘结拉拔模型；通过对粘结界面机理的分析和基本力学性能试验，以钢纤维混凝

6、土复合材料理论为基础，系统的分析了异型钢纤维对高强混凝土基体的增强、增韧效能，并且给出了新的计算模型。(4)．针对国内关于钢纤维混凝土工业建筑地面设计理论的空白，以Meyehoff的地面板屈服线理论和我国现行《建筑地面设计规范》GB50037为基础，参照英国混凝土学会技术报告TR34等相关规范和资料，提出了基于韧性分析的钢纤维工业建筑地面板的设计方法。该方法给出了在各种荷载情况下钢纤维混凝土地面板板厚计算公式，充分地考虑了钢纤维混凝土优良的裂后韧性对地面板承载能力的改善作用。该部分内容已写入《纤维混凝土结构技术规程》CECS38：2004第十章。关键词：钢纤维；高强混凝土；粘结：力学性能；增

7、强增韧机理大连理工大学博士学位论文StrengtheningandTougheningMechanismofSteelFiberReinforcedHigh—strengthConcreteandDesignMethodBasedonToughnessAbstractAsakindofnigh．performanceconstructionconcretematerial，fiberreinforcedcon