利用MTS810和直徑為74 mm的大尺寸SHPB實驗裝置開展了鋼纖維混凝土的動靜態(tài)力 學(xué)性能實驗.實驗結(jié)果表明鋼纖維混凝土是一種具有非常明顯的鋼纖維增強(qiáng)、增韌效應(yīng)的應(yīng)變率敏感材料.根據(jù)實驗應(yīng)力應(yīng)變曲線的基本特征,提出了一種鋼纖維混凝土的含損傷本構(gòu)模型.該模型在考慮鋼纖維增強(qiáng)、應(yīng)變率硬化、損傷軟化等因素。描述了鋼纖維混凝土的受力響應(yīng)特性

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鋼纖維混凝土(steel fiber reinforce concrete,SFRC)是由細(xì)骨料、粗骨料、水泥以及亂向分布的鋼纖維等材料組成的一種多相非均質(zhì)的復(fù)合材料.由于鋼纖維的增強(qiáng)、阻裂作用,鋼纖維混凝土具有較普通混凝土更為優(yōu)越的力學(xué)性能,從而在工程建設(shè)和防護(hù)工程中得到日益廣泛的應(yīng)用[1].對材料的力學(xué)性能和本構(gòu)關(guān)系的研究是工程應(yīng)用和設(shè)計的基礎(chǔ),對于工程建設(shè)具有非常重要的意義[2].本文利用長度為6 mm、長徑比為40的超細(xì)、超短、高強(qiáng)度鋼纖維,采用二次合成法對混凝土進(jìn)行配比設(shè)計,標(biāo)準(zhǔn)工藝成型和養(yǎng)護(hù)鋼纖維混凝土試件,實驗研究了超短鋼纖維混凝土的動靜態(tài)力學(xué)性能,并在實驗曲線的基礎(chǔ)上,提出一種含損傷本構(gòu)關(guān)系.       鋼纖維混凝土的各種原材料用量采用二次合成法設(shè)計.二次合成法的基本思想是:將鋼纖維混凝土看成是由鋼纖維水泥漿和基準(zhǔn)素混凝土兩組分組成,并分別給這兩種組分進(jìn)行配比設(shè)計,然后按比例將兩組分的各材料用量進(jìn)行相加,合成最終的鋼纖維混凝土.

       在受壓初期,應(yīng)力應(yīng)變曲線呈線彈性關(guān)系;當(dāng)應(yīng)力加載到某一水平時,材料內(nèi)部萌生裂紋并穩(wěn)定擴(kuò)展,材料開始出現(xiàn)損傷,應(yīng)力應(yīng)變曲線的上升段逐漸偏離線彈性而呈非線性行為;當(dāng)應(yīng)力達(dá)到峰值應(yīng)力后,微裂紋將發(fā)生不穩(wěn)定擴(kuò)展,從而使材料出現(xiàn)明顯的損傷軟化行為.這種微裂紋的不穩(wěn)定擴(kuò)展最終將導(dǎo)致材料強(qiáng)度迅速降低直至破壞.然而對于鋼纖維混凝土,不但峰值應(yīng)力有大幅度提高,而且極限應(yīng)變也成倍增加,體現(xiàn)了鋼纖維對混凝土有增強(qiáng)、增韌效果.

       鋼纖維混凝土的強(qiáng)度與鋼纖維含量有關(guān).事實上,在受壓初期,試件處于彈性階段,混凝土試件主要由基體承受載荷,鋼纖維的增強(qiáng)效果沒有體現(xiàn),所以鋼纖維混凝土和素混凝土的彈性模量幾乎相等.隨著載荷的加大,材料內(nèi)部的微裂紋開始萌發(fā),素混凝土出現(xiàn)非線性行為,并立刻達(dá)到峰值應(yīng)力;鋼纖維混凝土由于鋼纖維的止裂作用,使得微裂紋的發(fā)展趨緩,因而其非線性行為比素混凝土顯著,材料強(qiáng)度提高,體現(xiàn)了鋼纖維的增強(qiáng)效果.
       通過實驗,我們發(fā)現(xiàn)鋼纖維混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線具有如下基本特征:
(Ⅰ)材料強(qiáng)度具有明顯的纖維增強(qiáng)效應(yīng),即隨著鋼纖維含量的提高,材料強(qiáng)度增加;
(Ⅱ)材料強(qiáng)度具有明顯的應(yīng)變率硬化效應(yīng),相同體積含量的鋼纖維混凝土,其強(qiáng)度隨應(yīng)變率的提高而增強(qiáng);
(Ⅲ)應(yīng)力應(yīng)變曲線具有明顯的損傷軟化行為,這種宏觀上的損傷軟化行為物理上反映了材料內(nèi)部微裂紋的生成、擴(kuò)展,直至匯聚的細(xì)觀過程.因此,建立鋼纖維混凝土