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混杂聚丙烯纤维混凝土损伤力学性能研究

作　者: 孙霁
导　师: 刘新荣
学　校: 重庆大学
专　业: 土木工程
关键词: 混杂聚丙烯纤维混凝土强度韧性损伤因子数值模拟
分类号: TU528.572
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

纤维混凝土是近年来发展非常迅速的新型复合建筑材料，广泛运用于土木、建筑、交通、水利等领域。在混凝土中掺加纤维能从材料成分上改善混凝土固有的缺陷，有效改善混凝土的抗裂性、韧性、抗渗透性，提高混凝土的强度、耐久性、耐磨性等性能。而混杂纤维混凝土是纤维混凝土发展的新方向，它能够在不同的结构层次和荷载等级上逐级阻裂和性能互补，相比单一纤维的改善增强效果更好，但目前有关混杂纤维混凝土的研究还比较少。本文采用理论分析、室内试验和数值模拟等方法，对混杂及单一聚丙烯纤维混凝土的损伤力学性能等进行较为系统深入的研究，主要研究工作和成果如下：①进行了混杂聚丙烯纤维混凝土轴心抗压及抗拉试验，研究混杂聚丙烯纤维和单一聚丙烯纤维对混凝土强度和韧性的改善效果。结果表明，对于混凝土的抗压性能和弹性模量，单一掺加聚丙烯纤维大部分能够适当增强；对于混凝土的抗拉性能，单一掺加聚丙烯纤维能有一定程度的增强。而掺加混杂聚丙烯纤维都能增强混凝土的抗压和抗拉性能，且增强效果明显比单一纤维好。在抗压曲线和抗拉曲线的走势上，掺加聚丙烯纤维的曲线延性更好，且混杂聚丙烯纤维的延性明显更好于单一纤维。说明了混杂聚丙烯纤维对混凝土的强度和韧性的改善效果明显优于单一聚丙烯纤维。②采用有限元分析软件ABAQUS结合纤维混凝土损伤本构模型对相同条件下的室内试验模型进行数值模拟，对比分析数值模拟结果和试验成果，验证了数值模拟的正确性。同时得到了本试验的聚丙烯纤维混凝土损伤本构模型中损伤因子的曲线形状参数的变化规律以及混凝土压缩、拉伸损伤因子随应变的发展规律。③利用ABAQUS有限元软件分析不同混凝土强度等级下的纤维混凝土损伤特性，结果表明，在一定的混凝土强度等级范围内，混凝土累积损伤随着混凝土强度等级的降低而增大，但不同混凝土强度等级之间的累积损伤相差很小。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-20
  1.1 本课题研究背景及意义  8-10
  1.2 国内外研究现状  10-17
    1.2.1 聚丙烯纤维混凝土研究现状  10-14
    1.2.2 混杂聚丙烯纤维混凝土研究现状  14-16
    1.2.3 纤维混凝土损伤本构模型研究现状  16-17
  1.3 本文的主要研究内容和技术路线  17-20
    1.3.1 主要研究内容  17-18
    1.3.2 技术路线  18-20
2 纤维混凝土增强作用机理及损伤本构模型  20-36
  2.1 复合材料力学理论  20-27
    2.1.1 纤维单向增强理论  21-22
    2.1.2 考虑纤维不连续的影响  22-23
    2.1.3 纤维方向有效系数  23-25
    2.1.4 纤维分散均匀性的影响  25-26
    2.1.5 开裂阶段纤维粘结性能的影响  26-27
  2.2 纤维间距理论  27-30
  2.3 纤维混凝土损伤本构模型  30-34
    2.3.1 混凝土常用损伤本构模型  30-33
    2.3.2 纤维混凝土的损伤因子  33-34
  2.4 本章小结  34-36
3 混杂聚丙烯纤维混凝土力学性能试验研究  36-56
  3.1 试验概况  36-39
    3.1.1 试验背景  36
    3.1.2 试验内容  36
    3.1.3 试验材料和设备  36-37
    3.1.4 配合比设计  37-39
  3.2 试验过程  39-42
    3.2.1 立方体轴心抗压试验  39-40
    3.2.2 棱柱体轴心抗拉试验  40-42
  3.3 立方体轴心抗压试验结果及分析  42-48
    3.3.1 立方体轴心抗压试验结果  42-44
    3.3.2 立方体轴心抗压试验结果分析  44-48
  3.4 棱柱体轴心抗拉试验结果及分析  48-54
    3.4.1 棱柱体轴心抗拉试验结果  48-50
    3.4.2 棱柱体轴心抗拉试验结果分析  50-54
  3.5 本章小结  54-56
4 混杂聚丙烯纤维混凝土损伤特性的数值模拟研究  56-100
  4.1 ABAQUS 有限元分析软件  56-58
    4.1.1 ABAQUS 有限元分析软件简介  56
    4.1.2 ABAQUS 非线性分析  56-58
  4.2 ABAQUS 中的混凝土本构模型  58-68
    4.2.1 ABAQUS 中的混凝土本构模型简介  58-59
    4.2.2 ABAQUS 混凝土损伤塑性模型  59-62
    4.2.3 ABAQUS 中相关参数输入简介  62-64
    4.2.4 试验结果的纤维混凝土损伤本构模型曲线的拟合  64-68
  4.3 试验模型的 ABAQUS 数值模拟研究  68-97
    4.3.1 聚丙烯纤维混凝土受压损伤的数值模拟  68-84
    4.3.2 聚丙烯纤维混凝土受拉损伤的数值模拟  84-93
    4.3.3 聚丙烯纤维混凝土损伤因子参数分析  93-97
  4.4 本章小结  97-100
5 混凝土强度等级对聚丙烯纤维混凝土损伤特性影响的研究  100-118
  5.1 混凝土强度等级对聚丙烯纤维混凝土抗压损伤特性的影响  100-108
  5.2 混凝土强度等级对聚丙烯纤维混凝土抗拉损伤特性的影响  108-116
  5.3 本章小结  116-118
6 结论与展望  118-120
  6.1 主要结论  118-119
  6.2 后续研究工作展望  119-120
致谢  120-122
参考文献  122-128
附录  128
  A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  128
  B 作者在攻读硕士学位期间参与的科研目录  128

混杂聚丙烯纤维混凝土损伤力学性能研究

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