钢纤维混凝土技术论文提纲

论文题目：一维应力状态下钢纤维混凝土损伤行为研究

摘要：钢纤维混凝土（SFRC）是一种在混凝土基体中掺入随机乱向分布钢纤维的多相复合材料,以其优良的抗拉、抗冲击、抗弯、耐磨等物理力学性能被广泛应用于土木工程各个领域。研究钢纤维混凝土在荷载作用下的损伤行为,对更好地发挥材料力学性能、提高设计水平具有重要的理论意义和工程应用价值。本文在国家自然科学基金项目（51478367）“钢-聚丙烯混杂纤维混凝土多尺度本构关系:从纳米尺度到宏观尺度”的资助下,运用声发射技术,通过试验研究和理论分析,对一维应力状态下钢纤维混凝土损伤行为进行系统研究,主要内容及成果如下:（1）通过单调加载和循环加载试验,研究了钢纤维混凝土应力—应变行为,包括应力—应变曲线、破坏过程和破坏形态,分析了钢纤维特征参数对应力—应变行为的影响,建立了循环荷载下钢纤维混凝土应力—应变全曲线方程。结果表明:钢纤维混凝土试件在循环荷载下的破坏模式呈现明显的延性特征;钢纤维的掺入能显著提高混凝土峰值强度,改善延性及滞回耗能能力;相同卸载点应变时,混凝土累积塑性应变随钢纤维掺量的增加而逐渐减小;钢纤维的掺入能显著延缓混凝土刚度退化速率和应力退化率,且随着钢纤维掺量的增加退化率逐渐减小。（2）基于试验结果,研究了单轴受压荷载下钢纤维混凝土声发射特征参数与应力、应变关系,在此基础上,分析了钢纤维混凝土损伤机理和损伤演化规律,建立了基于声发射特征参数的钢纤维混凝土损伤演化方程。结果表明:循环荷载下钢纤维混凝土损伤过程分为五个阶段:弹性阶段、内部微裂纹稳定扩展阶段、宏观裂缝稳定扩展阶段、失稳阶段和破坏阶段;单调和循环荷载作用下,声发射特征参数变化均对应着钢纤维混凝土在不同应力水平下的损伤状态;采用声发射定位技术能较好反映钢纤维混凝土初始损伤位置及损伤过程;利用声发射特征参数RA值与平均频率之间的关系,能较好鉴别钢纤维混凝土在单轴受压荷载下的破坏模式,且能阐明钢纤维混土在不同受力阶段的损伤机理;相比普通混凝土,钢纤维混凝土 RA值明显较大,掺入钢纤维后混凝土破坏模式由受拉破坏模式转变为剪切型破坏模式;基于声发射累积能量建立的损伤变量能较好反映钢纤维混凝土在单轴荷载作用下的损伤演化过程。（3）根据试验和理论分析的结果,探讨了单轴受压荷载下钢纤维混凝土损伤演化规律,参考《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）,建立了损伤演化方程和钢纤维混凝土一维应力状态下弹塑性损伤本构方程。结果表明:在相同应变条件下,钢纤维混凝土的损伤变量比普通混凝土的小;随着钢纤维体积掺量和长径比的增加,钢纤维混凝土损伤发展趋于缓慢;本文提出的钢纤维混凝土单轴循环受压弹塑性损伤本构模型能较好地模拟钢纤维混凝土在循环荷载条件下的应力—应变曲线以及损伤演化过程,可为钢纤维混凝土的工程应用和相关规范修订提供参考。最后,在总结全文的基础上,对本课题后续研究提出了相关建议。

关键词：钢纤维混凝土;循环受压;声发射;损伤;本构模型

学科专业：结构工程

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 引言

1.2 钢纤维混凝土特性及工程应用

1.2.1 钢纤维混凝土特性

1.2.2 钢纤维混凝土工程应用

1.3 钢纤维混凝土损伤行为研究现状

1.3.1 损伤力学基本概念

1.3.2 普通混凝土损伤行为研究现状

1.3.3 钢纤维混凝土损伤行为研究现状

1.4 本文主要研究内容

2 单调加载和循环加载的试验方案

2.1 试验材料选用与试验参数确定

2.1.1 试验原材料

2.1.2 试验参数

2.2 试件制作与养护

2.2.1 试件设计

2.2.2 试件浇筑与养护

2.3 试验装置与加载方案

2.3.1 试验装置

2.3.2 声发射采集系统参数设置

2.3.3 试验步骤

2.3.4 加载制度

2.4 本章小结

3 循环荷载下钢纤维混凝土应力—应变关系研究

3.1 钢纤维混凝土试件受压全过程与破坏形态

3.1.1 钢纤维混凝土受压破坏全过程

3.1.2 破坏形态

3.2 钢纤维混凝土单轴受压应力—应变全曲线

3.2.1 单调荷载条件下应力—应变全曲线

3.2.2 循环荷载条件下应力—应变全曲线

3.3 循环荷载条件下钢纤维混凝土应力—应变全曲线方程

3.3.1 累积塑性应变

3.3.2 刚度退化

3.3.3 应力退化

3.3.4 包络线

3.3.5 卸载曲线

3.3.6 再加载曲线

3.3.7 部分加、卸载曲线

3.4 循环受压应力—应变模型验证

3.5 本章小结

4 一维应力状态下钢纤维混凝土损伤机理及演化规律

4.1 声发射技术概述

4.1.1 声发射原理

4.1.2 声发射定位原理

4.1.4 声发射特性与混凝土力学性能之间的关系

4.2 钢纤维混凝土声发射特征参数与力学参数关系

4.2.1 单调荷载下钢纤维混凝土声发射特征参数与力学参数关系

4.2.2 循环荷载下钢纤维混凝土声发射特征参数与力学参数关系

4.2.3 声发射源定位

4.3 损伤机理

4.3.1 单调荷载下钢纤维混凝土损伤机理

4.3.2 循环荷载下钢纤维混凝土损伤机理

4.4 损伤演化

4.4.1 累积声发射能量

4.4.2 损伤变量

4.4.3 损伤演化规律

4.5 本章小结

5 一维应力状态下钢纤维混凝土弹塑性损伤本构模型

5.1 一维弹塑性损伤本构方程

5.2 损伤变量

5.3 损伤演化模型

5.4 损伤本构模型验证

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 本文主要结论

6.2 本课题研究展望

参考文献

致谢