钢纤维-钢筋混凝土板抗低速冲击作用机理研究.pdf

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1、工程应用文章编号：1009-9441（2015）05-0024-02钢纤维-钢筋混凝土板抗低速冲击作用机理研究123□□秦菱，王鹏飞，童云罡（1.空军勤务学院，江苏徐州221000；2.空后机营部，北京100720；3.空后直供部机场营房处，北京100350）摘要：主要从纤维强化理论、板壳理论和防护结构计算理Y———与裂缝形状有关的常数；论等3个方面，分别阐述了钢纤维-钢筋混凝土板构件在低K———与K、Y有关的常数；1c速冲击作用下的强化原理，重点解释了钢纤维的增韧机理、s———定向长纤维平均间距；薄板小挠度弯曲理论和弹性体系结构的动力分析方法。a———裂缝半宽度。关

2、键词：钢纤维-钢筋混凝土；低速冲击；增强机理1.2复合材料理论中图分类号：TU528.572文献标识码：A根据复合材料力学混合原理，钢纤维混凝土的引言弹性模量和强度性能遵循复合结构内部各组成部分性能的弹性叠加法则。其基本假定为：①基体混凝混凝土本身是一种脆性材料，十分有限的抗拉土为各向同性的匀质材料；②钢纤维沿受力方向平性能和极易发生脆性破坏的特点制约了其在工程领行、均匀分布；③钢纤维的变形与基体混凝土一致，域的发展。在受拉部位配钢筋可以有效地提高混凝无相对滑动产生。依据弹性叠加原理有：土结构的抗拉能力，钢纤维对混凝土韧性的增强已经受到工程界的广泛重视。本文就钢纤维-

3、钢筋混σfc＝σfρf十σmρm＝σfρf十σm（1-ρf）（2）凝土板抗低速冲击作用机理进行探讨。式中：σ，σ，σ———分别为复合体、混凝土基体、钢fcmf1纤维强化理论纤维的应力；ρf，ρm———分别为混凝土基体、钢纤维的钢纤维混凝土的增强机理主要有3种方式，分体积率。别是阻裂、增强和增韧。其中，钢纤维对混凝土最突［1］2薄板小挠度弯曲理论出的改变在于对其韧性的显著改善。钢纤维混凝土在基体发生开裂时仍能保持一定抗力的变形能一般将板厚小于中面最小尺寸1／5的板称为薄力，一般用σ-ε曲线的有关面积参数来表示。纤板，将垂直于中面使薄板发生弯曲的力称为横向力，维强化理论中

4、最为重要的是纤维间距理论和复合材因此产生的应力应变可以按照薄板弯曲理论来解料力学理论。［2］决。薄板弯曲理论的基本假设为：①变形前垂直1.1纤维间距理论于中面的直线在变形后仍为直线，并垂直于变形后纤维间距会影响混凝土的抗拉强度。纤维强化中面，其长度也保持不变；②对垂直于中面而产生的理论基于线弹性断裂力学，认为混凝土内部存在孔挤压应力可以忽略不计；③中面上点的位移都不平隙和微裂缝，在外力作用下会产生较大的应力集中，行于x、y方向。通过列举薄板的几何方程、物理方使裂缝进一步扩展，最终导致混凝土的破坏。钢纤程、平衡方程和边界条件可以得到挠度函数：维的加入使复合材料结构在成型

5、和受力的过程中，∞∞mπxnπy其内部裂缝的产生和扩展得到了有效减少和限制，w＝m∑＝1n∑＝1Amnsinasinb（3）达到了钢纤维混凝土增强与增韧的效果。钢纤维混式中：w———板的挠度；凝土的抗拉强度可表示为：a，b———矩形板的边长；K1c0.84K1cKffc＝＝＝（1）Amn———与振型相关的动力函数，m、n均为正整Y√aY√s√s数。式中：K1c———钢纤维混凝土临界应力强度因子；针对本文重点研究的简支薄板，其挠度值的求·24·Research＆ApplicationofBuildingMaterials解主要有纳维解法和李维解法。P十(-P)十I＝0（

6、7）2.1四边简支矩形板的纳维解法式中：P———外力；I———惯性力。联立弹性曲面的微分方程和挠度函数，依据四与静力平衡方程相比，（7）式仅增加一项惯性边简支的矩形板的边界条件，以受均布荷载为例的力I，把惯性力计入在全部力系内即可将动力问题薄板挠度有：按照静力问题的方式来处理。mπxnπysinsin3.2能量法16q0abw＝6∑∑222能量法基于能量守恒原理，结构在动力荷载作πDmnmnmn十(a2b2)用下不断积累应变能，任意时刻外力所做功与该时刻结构应变能和动能之间有如下关系：（m＝1，3，5，…，n＝1，3，5，…）（4）W＝U十K（8）式中：D———板的截

7、面刚度；q0———均布荷载。式中：W———外力作功；纳维解法适用于各种荷载，且级数的运算都较U———结构的应变能；简单；缺点是只适用于四边简支的矩形薄板，且级数K———结构的动能。收敛较慢，较高的精度需要取级数的很多项。与静力问题相比，（8）式中仅增加一项动能。2.2矩形薄板的李维解法若为自由振动，则外力功的一项等于常量。引入动对于有两个对边为简支的矩形薄板可用李维解力系数表示动载对结构作用的动力效应，即最大动法。将w表示成如下的单三角级数：挠度与将动载最大值当作静载作用下的静挠度的比∞值，则最大挠度可以表示为：mπxw＝∑Y()ysin（5）m＝1