柔性纖維混凝土箱梁阻裂機理分析與多尺度試驗研究.pdf

1、裂縫是混凝土箱梁常見病害，亦是長期未完全解決的技術難題。柔性纖維性能卓越，但尚未廣泛用于解決混凝土箱梁開裂問題。柔性纖維混凝土相關研究和應用集中在混凝土建筑、道路工程、橋面鋪裝等方面。同時，現(xiàn)有研究在抗裂機理研究對象、細觀應力應變環(huán)境差異、箱梁試驗模型截面型式和尺寸等方面仍需開展大量工作。因此，有必要研究柔性纖維對混凝土箱梁的阻裂增強機理。
　　本文研究目的是揭示柔性纖維混凝土全過程阻裂機理，進一步完善并豐富柔性纖維對混凝土阻裂的

2、理論研究;多尺度分析柔性纖維混凝土的構造與阻裂機理，將柔性纖維混凝土微、納觀構造與宏、細觀力學性能聯(lián)系起來，更好地理解柔性纖維混凝土的宏觀抗裂性能表現(xiàn);研究柔性纖維對鋼筋混凝土箱梁抗裂性能的影響，并為柔性纖維混凝土的工程應用提供幫助。
　　本文主要研究內(nèi)容及成果分別為:
　　(1)基于斷裂力學能量理論，從混凝土裂紋孕育、發(fā)生、發(fā)展、臨界、惡化、破壞等整個發(fā)展階段，分析能量傳遞演變，構建柔性纖維混凝土的全過程阻裂模型，揭示柔性

3、纖維耗能阻裂的本質。主要結論:柔性纖維對混凝土的阻裂作用，其本質是能量傳遞的過程。在裂紋發(fā)展的整個過程中，裂紋發(fā)展所需能量會逐步轉變?yōu)槔w維拔斷能。
　　(2)通過聚丙烯纖維混凝土早齡期抗裂試驗，研究不同摻量纖維對其抗裂性能的影響以及纖維合理摻量。通過聚丙烯纖維混凝土三維CT微觀試驗，研究微觀尺度下不同纖維摻量的聚丙烯纖維混凝土內(nèi)部構造特征。進行柔性纖維混凝土阻裂增強機理的多尺度構造分析。主要結論:纖維摻量與抗裂性能的提升正相關，纖

4、維體積摻量0％～0.3％為宜。聚丙烯纖維整體呈三維網(wǎng)絡空間結構，單根聚丙烯纖維的形態(tài)受水泥砂漿影響。微孔隙平均體積與纖維摻量負相關，形態(tài)主要為球形和不規(guī)則空間體。柔性纖維混凝土材料在宏觀、細觀、微觀、納觀尺度上均有不同的結構特征，柔性纖維阻裂作用體現(xiàn)在宏觀傳導，細觀受力，微觀改善，納觀耗能。
　　(3)以典型鐵路簡支箱梁為研究對象，運用相似理論設計方案，開展完成多試驗工況的柔性纖維鋼筋混凝土箱梁縮尺模型試驗。主要結論:柔性纖維在彈

5、性試驗工況、彈塑性試驗工況以及全過程試驗工況均發(fā)揮出增強結構抗裂性能的作用，降低了裂縫數(shù)量、最大寬度與總面積，并且柔性纖維阻裂作用與摻量正相關。但各試驗工況柔性纖維阻裂能力不同，彈性試驗工況最優(yōu)，彈塑性試驗工況下降，全過程試驗工況再次下降。并且在全過程試驗工況，低摻量纖維阻裂能力趨于一致，高摻量纖維阻裂能力更強。
　　(4)采用有限元軟件，建立具有柔性纖維混凝土非線性力學特性的三維實體模型，開展柔性纖維鋼筋混凝土箱梁縮尺模型數(shù)值模