基于内聚力模型的钢纤维水泥基材料界面性能分析

基于内聚力模型的钢纤维水泥基材料界面性能分析钢纤维混凝土由于其自身优良的工作性能而被广泛的应用于建筑、水利、桥梁等工程中。

在混凝土基体中加入钢纤维能够从微观机制提高混凝土基体的延性、韧性、抗拉强度、抗冲击性能及抗裂性。

然而由于混凝土与纤维之间薄弱的界面层使得钢纤维的增强与增韧效果不
能充分发挥出来。

界面的粘结性能作为钢纤维混凝土微观力学性能的核心,一般通过纤维拔出试验测得。

但只通过试验测定存在一定局限性。

本文利用ABAQUS有限元软件,基于内聚力模型研究了钢纤维从混凝土基体中拔出的整个过程,为钢纤维混凝土的断裂特性研究提供了参考。

本文首先基于内聚力模型建立了钢纤维拔出的三相有限元模型,在钢纤维与混凝土基体之间设置内聚力单元模拟界面层。

通过试算得出钢纤维拔出的内聚力参数,并通过试验数据对得出的内聚力参数进行验证。

研究了内聚力模型的断裂能与最大应力两个参数对钢纤维拉拔特性的影响,从而给出合理选取内聚力参数的方法,并得到了钢纤维从混凝土基体中拔出的内聚力参数具体数值。

其次,基于上述方法选取的钢纤维混凝土内聚力参数,使用内聚力单元模拟钢纤维与混凝土基体之间的界面层,建立了直钢纤维从混凝土基体中拔出的有限元模型。

分析了钢纤维拔出时界面层的切应力与Mises等效应力的分布情况。

建立有限元模型分析了界面弹性模量、钢纤维埋入深度与钢纤维长径比三种因素对界面应力的影响。

分析了界面弹性模量、钢纤维埋入深度与钢纤维长径比三种因素对钢纤维轴
向拉拔特性的影响。

最后,基于上述方法选择的钢纤维混凝土内聚力参数,对钢纤维的拔出特性进行了分析。

对于纤维类型、纤维埋入角度、界面层厚度和钢纤维体积率四种因素对拉拔特性的影响建立了相应的有限元模型进行分析,从而得出不同的因素对钢纤维拉拔特性的影响规律。