纖維對混凝土材料增強模型研究

鄭 文 春

(福建璟榕工程建設(shè)發(fā)展有限公司，福建 福州 350000)

纖維對混凝土材料增強模型研究

鄭 文 春

(福建璟榕工程建設(shè)發(fā)展有限公司，福建 福州 350000)

混凝土中加入纖維的作用主要是增強與增韌作用，研究了混凝土中纖維的加入對基體混凝土的作用，得到了纖維增韌的力學(xué)模型，推導(dǎo)出了單根模型增韌指針，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了多纖維模型，具有較高的工程應(yīng)用價值。

纖維,混凝土,模型

1 概述

混凝土中加入纖維的作用主要是增強與增韌作用[1-4]，于是有必要研究混凝土中纖維的加入與基體混凝土材料的結(jié)合作用，本文根據(jù)三層模型，推導(dǎo)出的單根模型增韌指針[5]，得到了鋼纖維等硬纖維可以加入基體材料較硬(混凝土標(biāo)號高)的混凝土中,而聚丙烯纖維等軟纖維一般可以加入基體材料較軟(混凝土標(biāo)號低)的混凝土中，這將在工程應(yīng)用中取得較好的應(yīng)用效果。

2 纖維對混凝土材料增強模型

在混凝土材料微裂紋模型研究中，實際上研究的內(nèi)容是界面上裂紋奇異性，然而，混凝土中加入纖維的作用主要是增強與增韌作用。于是有必要研究混凝土中纖維的加入對基體混凝土的作用。

所研究的問題的力學(xué)模型如圖1所示,裂紋和纖維共處于外加應(yīng)力場σ0作用下,為簡化,只考慮平面應(yīng)變或者應(yīng)變情況。本文只考慮Ⅰ型裂紋問題。假定不含纖維時外加應(yīng)力場在裂紋尖端所引起的Ⅰ型應(yīng)力強度因子為K0，由于纖維的作用,近裂尖的應(yīng)力強度因子發(fā)生改變,用K1表示。ΔK=K1-K0。若ΔK<0，表示纖維對裂尖場有屏蔽(即增韌)作用。

對于此模型中的基體材料中的裂紋，可以采用：

(1)

其中：

其中，Ex為纖維的彈性模量;Eh為混凝土基體的彈性模量。

多纖維增強作用模型如圖2a)所示，此時，裂紋和纖維仍然共處于外加應(yīng)力場σ0作用下,為簡化,只考慮平面應(yīng)變或者應(yīng)變情況。

文獻(xiàn)對多纖維增強作用模型如圖2a)所示，進(jìn)行了求解轉(zhuǎn)化(如圖2b)所示中的三層模型)，第一層為纖維，第二層為混凝土基體，第三層為纖維復(fù)合混凝土材料。給出了解答：

(2)

α2定義為混凝土基體與纖維復(fù)合混凝土材料彈性模量的比值。對于單根纖維，可以認(rèn)為第二與第三層材料一致，于是式(2)就退化為式(1)。

3 纖維對混凝土材料增強模型分析與討論

[1] 吳佰建,李兆霞,郭 力,等.模擬混凝土破壞過程的微裂紋模型及其應(yīng)用[J].東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013(5):1034-1038.

[2] 吳佰建.脆性微裂紋材料及構(gòu)件的損傷跨尺度演化分析理論與計算方法[D].南京：東南大學(xué),2015.

[3] 齊 輝,李范春,周健生，等.考慮初始等距共線微裂紋列影響的Ⅲ型裂紋體的蠕變斷裂分析[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報,2001,22(1):87-91.

[4] 張德海,朱浮聲,邢紀(jì)波，等.混凝土拉伸斷裂的細(xì)觀數(shù)值分析[J].計算力學(xué)學(xué)報,2006,23(1):65-70.

[5] 趙愛紅,虞吉林.準(zhǔn)脆性材料的細(xì)觀損傷演化模型[J].清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2000,40(5):88-91.

Studyonreinforcedmodelofconcretebyfiber

ZhengWenchun

(FujianJingrongEngineeringConstructionDevelopmentCo.，Ltd,Fuzhou350000,China)

The effect of adding fiber in concrete is the main reinforcing and toughening effects, which are all studied in this paper. The concrete fiber added to the concrete matrix function is presented. We get the mechanics model of fiber reinforced, derived from the single model of toughening pointer. We have also obtain the multi fiber model, which is valuable in engineering application.

fiber, concrete, model

2017-10-08

鄭文春(1972- )，男，高級工程師

1009-6825(2017)35-0114-02

TU502

A