高延性纤维增强水泥基复合材料抗震性能分析.pdf

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1、安徽建筑2012年第4期(总185期)-_I。-_‘_j延性纤维增强水泥基复合材料抗性能分析AnalysisonHighDuctilityFiberStrengthenSeismicPerformanceofCement—BasedComposites许薇，徐贵娥(南通大学建筑工程学院，江苏南通226019)摘要：根据高延性纤维增强水泥基复合材料优异的力学性能、多缝开裂特征、高延性、高能量吸收能力的特点，从理论上系统分析了高延性纤维增强水泥基复合材料的增强机理及工作过程。结果显示，纤维的加入能极大地提高水泥基体的韧性。阻止破坏裂缝的产生，从而提高结构

2、的强度和延性。达到抗震减灾的作用。关键词：高延性纤维增强水泥基复合材料；抗震性能；增强机理中图分类号：TU377．91文献标识码：A文章编号：1007—7359(2012)04—0153—021概述图1ECC材料单向拉伸作用下典型应力一应变关系图，s册昌∞一嚣ECC材料与普通混凝土变形性能比较表1普通水泥混凝土是现代土木领域应用最为广泛的建筑材料之一，具有强度高、制备简单、耐久性强、成本低廉等特点。但其本质上来说是一典型的脆性材料，抗拉性能极差，在外载作结用下，容易产生裂缝，从而导致结构破坏失效。随着科技不断进构步，人们对于建筑的要求不断增高，普通混

3、凝土已不能满足建设示。计造者的要求。针对这些问题，各国学者纷纷展开研究，其中，在与水泥基震体中掺入各种纤维的办法，得到了广泛关注。从上述学者的研究成果中可看出，ECC材料的具有超高的研极限拉应变，其数值高达4％5％，并具有显著的应变硬化特究在这样的背景下，美国密歇根大学的Lj教授和麻省理工应的Leung教授【】l基于细观力学和断裂力学基本原理提出了高延征。材料在拉伸的过程中，受拉区出现大量的微裂缝，且极限荷用载对应裂缝宽度仅在6Om左右，从而实现其高延性、高安全性纤维增强水泥基复合材料(EngineeredCementitious性和高耐久性的特点。

4、Composite，ECC)的基本设计理念。高延性纤维增强水泥基复合材料l2l具体定义为：使用短纤维增强，且纤维掺量不超过复合材料总体积的2．5％，硬化后的复合材料应具有显著的应变硬化3抗震性能分析特征，在拉伸荷载作用下可产生多条细密裂缝，极限拉应变可稳定的达到3％以上。纤维掺量的适中不仅控制了成本，同时也3．1降低结构自重有利于工程技术人员大量生产和针对不同需求进一步开发。地震作用是指地震发生时地面运动加速度引起的房屋质量的惯性力。地震作用的大小与地震本身特征、场地状况及建2基本力学性能分析重筑物自身等诸多因素有关，是一个十分复杂的问题。设计中，对

5、于普通建筑，考虑建筑地震力合力的作用效应，并通过底部剪力法将地震惯性力处理成等效水平地震作用，其高延性纤维增强水泥基复合材料在拉伸、弯曲等荷载作用表达式为：下，具有应变硬化和多裂缝开裂的特性，最大裂缝一般控制在FⅡ(：仅lG(1)0．1mm以下，具有高抗拉性、高延性、高耐久性和高能量吸收能式中：d为相应结构基本自振周期的水平地震影响系数；力，大大提高了普通混凝土的力学性能。G为结构等效总重力荷载，单质点取总重力荷载代表值，多质对于ECC材料，其拉伸性能尤为突出，通过实验研究，得安点取总重力荷载代表值的85％。到了在单向拉伸荷载作用下的典型应力—应变关

6、系，如图I所徽对于高烈度地区的大跨度和长悬臂结构，还应考虑竖向地建基金项目：南通大学自然科学研究项目(编号：11z038)震作用，其表达式为：收稿日期：2012-05—16筑FEvl‘=仅G(2)作者简介：许薇(1980一)，女，江苏南通人，毕业于扬州大学，硕士；讲师，主要从事工程力学方面的教学工作。式中：仅一为竖向地震影响系数的最大值，可取水平地震圜2012年第4期(总185期)安徽建筑虽影响系数最大值的65％。要求结构同时具有良好的变形和消耗地震能量的能力，以增强从计算公式中可以看出，无论是水平地震作用还是竖向地结构的抗倒塌能力。震作用，均与结构

7、等效总重力荷载成正比，因此，降低结构的自从ECC材料的力学特征中可以看出，无论是受拉、受压、重，可以减小建筑物在地震时的惯性力，从而降低建筑物的地受剪、受弯还是承受复杂应力状态，ECC材料均能在破坏前产震反应。另一方面，重力效应在房屋倒塌过程中起着关键性作生显著变形，其变形能力是普通混凝土构件的几倍甚至几百倍用，自重越大，P一△效应越严重，就更加容易促成建筑物的整体以上，在承受某些特定荷载作用下，其延性能力更是与钢材接失稳而倒塌。因此，抗震设计中应尽量采取措施减轻建筑物的近。ECC的高延性能力无疑是其抗震性能优越的重要原因。自重。ECC材料因掺人中量

8、纤维，其水泥基体也大多采用中砂、ECC材料的高延性性能尤其在其材料的塑性变形阶段表粉煤灰等细骨料，自重较普通