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钢纤维混凝土劈拉强度的实验研究

曲嘉

  钢纤维混凝土(Steel Fiber Reinforce Concrete)是由水泥浆、砂、骨料和乱向分布的钢纤维所组成。钢纤维混凝土由于钢纤维改善了混凝土的抗拉性能、增强了韧性,所以在隧洞衬砌、铁路轨枕、核反应堆安全壳、管道工程、大跨建筑物、大型防御工事、大型桥梁、机场等军用和民用建筑上得到了广泛的工程应用。而以上大型混凝土结构在其使用过程中,不可避免的要受到地震、爆炸等动态或冲击荷载的作用,因此研究钢纤维混凝土的强度问题具有重要的理论意义和广泛的工程应用背景,本文主要工作如下: 1.借鉴巴西圆盘劈拉实验方法,提出了混凝土材料的圆球型试样劈拉实验原理和具体操作方法。该方法可以采用普通的万能材料试验机实现混凝土类材料三轴压/拉/拉(C/T/T)等比加载,且测试的强度正好处于拉子午线上。推导了巴西圆盘试样劈拉强度和圆球型试样劈拉强度与八面体应力、罗德角之间的换算公式。基于上述实验原理,本文对钢纤维掺量为1%的混凝土试样行了实验测试。 2.采用有限元方法研究了波形整形器对分离式霍普金森压杆装置入射应力波的影响,并得到了入射波上升沿随波形整形器的厚度的增加和直径的减小而趋于平缓的结果。 3.借鉴分离式霍普金森压杆测试巴西圆盘劈拉强度的方法,建立了圆球型试样冲击劈拉强度的测试方法,并对钢纤维掺量为1%的混凝土试样进行了实验测试,得到了巴西圆盘试样和圆球型试样的动态增强因子。 4.借鉴准静态三点弯曲试样测试断裂韧性的方法,建立了采用楔型头分离式霍普金森压杆装置对三点弯曲试样进行断裂韧性测试的方法;通过对钢纤维掺量为1%的混凝土试样进行准静态和冲击试验,得到了低、高应变率下的平面应变断裂韧性。 5.结合钢纤维混凝土偏平面强度包络线的特性,对Ottosen强度理论模型进行简化,提出了适用于钢纤维混凝土的抛物线型强度准则计算模型。 6.提出了动态增强因子线性计算模型,该模型具有形式简单、计算方便、物理意义明确等特点。 7.结合抛物线型强度准则计算模型和拉伸动态增强因子的线性计算模型,提出了适用于钢纤维混凝土的抛物线型动态强度准则计算模型。 本文得出的研究结果可以为钢纤维混凝土材料的设计、生产、应用以及工程爆破提供一定的参考依据。……   
[关键词]:钢纤维混凝土;劈拉强度;分离式霍普金森压杆;动态增强因子;巴西圆盘;圆球型试样;断裂韧性
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:哈尔滨工程大学2010年