间距和埋深对双丝拉拔过程影响的细观力学研究

间距和埋深对双丝拉拔过程影响的细观力学研究纤维增强混凝土（Fiber Reinforced Concrete,FRC）是土木工程领域中应用广泛的复合材料,通过往混凝土中添加不同种类的纤维能有效提高混凝土的整体工作性能。

混凝土水化过程中,纤维与混凝土之间发生一系列化学物理反应,
形成了力学性能与纤维及混凝土力学性能完全不同的新相,即界面相。

界面相的力学性能影响构件宏观力学性能。

表征界面力学性能的方法多种多样,其中以单丝拉拔法应用广泛。

单丝拉拔法能表征某一构件的界面力学性能。

而双丝拉拔试验是多丝拉拔试验的基础,研究双丝拉拔过程对研究多丝纤维增强混凝土破裂机理具有重要意义。

现有的拉拔理论研究及数值模拟研究大多建立在材料均匀性及轴对称模型
的理想假设下,没有考虑水泥砂浆、骨料、纤维及界面的相互影响。

本文在考虑材料细观非均匀性的前提下,通过RFPA^2D（Realistic Failure Process Analysis）系统建立了二维双丝拉拔数值模拟模型,模型中包含了水泥砂浆、钢丝、骨料及界面等各相材料。

并利用通用有限元软件ANSYS强大的建模功能建立三维双丝拉拔模型,再把模型导入到RFPA^3D系统中进行高性能并行计算,研究了界面控制下
间距及埋深变化对双丝拉拔构件力学性能影响。

同时也研究了界面均质度变化对单丝拉拔构件力学性能影响。

在物理实验研究上,开展了双丝（筋）拉拔物理实验,研究了双丝（筋）拔出过程荷载-位移关系。

本文主要研究内容有:（1）以间距为变量,建立了双丝拉拔的二维及三维数值模拟模型,分析了双丝间距对拉拔构件力学性能的影响。

研究表明,双丝间距变化对拉拔构件的峰值荷载影响较大,峰值荷载随双丝
间距增大而增大。

拉拔韧性随双丝间距增大呈现先增后减的趋势。

双丝间距变化对拉拔过程构件损伤破坏及应力分布影响显著。

（2）以埋深为变量,建立了双丝拉拔的二维及三维数值模拟模型,研究了埋深变化对双丝拉拔构件力学性能的影响。

研究表明,双丝埋深变化对基体损伤破坏影响显著,随着双丝埋深增加,基体损伤量增加,声发射计数亦显著增加。

双丝埋深增大,构件峰值荷载及拉拔韧性均增大。

双丝埋深变化显著影响构件破坏模式及应力演变情况。

（3）开展了双丝（筋）拉拔物理实验,获得了双丝（筋）拉拔过程的荷载-位移曲线关系,为理论分析与数值模拟研究提供一定参考价值。

（4）建立了基于界面均质度变化的单丝拉拔数值模型,研究了界面均质度变化对单丝拉拔构件力学性能的影响。

研究表明,界面均质度提高,构件峰值荷载增大,声发射总数提高。

均质度变化对构件损伤影响明显,均质度提高,构件损伤量增加。

界面均质度小,构件表现出良好韧性;界面均质度增大,构件脆性增大。

界面均质度小,有利于缓冲基体内部应力集中及调节应力重分布。