钢纤维混凝土应变速率敏感性及本构模型研究

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钢纤维和聚丙烯纤维高性能混凝土力学性能试验研究

钢纤维和聚丙烯纤维高性能混凝土力学性能试验研究引言高性能混凝土是一种具有优异力学性能和耐久性表现的钢筋混凝土材料。

为了进一步提高高性能混凝土的性能，研究者们开始探索添加纤维材料的方法。

钢纤维和聚丙烯纤维是两种常用的纤维材料，它们分别具有不同的特性和应用领域。

本研究旨在通过试验研究钢纤维和聚丙烯纤维对高性能混凝土的力学性能的影响，以期为工程实践提供参考。

材料与方法试验采用M50级高性能混凝土作为基础材料，分别掺入不同比例的钢纤维和聚丙烯纤维，并进行单轴压缩试验和抗折试验。

试验样品制备采用标准的混凝土制备方法，钢纤维和聚丙烯纤维的掺量分别为0.5%、1.0%和 1.5%。

试验过程中记录混凝土试样的压应力-应变曲线和梁的弯曲性能。

结果与讨论试验结果表明，添加钢纤维和聚丙烯纤维都能够显著提高高性能混凝土的力学性能。

在单轴压缩试验中，随着纤维掺量的增加，混凝土的抗压强度逐渐增加，并且抗裂性能得到了明显改善。

在抗折试验中，钢纤维和聚丙烯纤维的掺入都能够提高混凝土的抗弯强度和延性。

通过对试验结果的分析，可以得出以下结论：1.钢纤维和聚丙烯纤维都能够有效增加高性能混凝土的抗压强度和抗折强度；2.钢纤维的加入对混凝土的强度和延性影响更加显著，而聚丙烯纤维对抗裂性能的提高更为明显；3.钢纤维和聚丙烯纤维的掺入可以有效改善高性能混凝土的耐久性，减少龟裂和渗透问题。

结论本研究通过试验研究了钢纤维和聚丙烯纤维对高性能混凝土的力学性能的影响。

试验结果表明，在适当比例下，钢纤维和聚丙烯纤维的掺入都能够有效提高混凝土的强度和延性，改善其抗裂性能。

这对于优化高性能混凝土的应用和推广具有重要意义，为相关工程提供了科学依据和技术指导。

2.赵XX,杨XX,王XX.聚丙烯纤维对高性能混凝土力学性能的影响研究[J].工程材料学报,2024,03:58-61.。

基于RHT本构模型的钢渣混凝土SHPB模拟研究

33总174期 2023.12 混凝土世界引言混凝土是一种广泛应用于工程结构中的复合材料，其在动态荷载作用下的力学性能与静态荷载作用下的力学性能有显著差异，因此研究混凝土的动态本构关系对于理解和预测混凝土结构在冲击、爆炸等极端条件下的响应和破坏具有重要意义。

为描述混凝土在高应变率下的非线性、各向异性、损伤和孔隙压实等特征，许多学者提出了不同的动态本构模型，如HJC模型、RHT模型、TCK模型等。

其中，RHT模型是由Riedel、Hiermaier和Thoma提出的一种基于损伤力学和孔隙压实理论的混凝土本构模型，其具有形式简单、参数少、适用范围广等优点[1]。

钢渣是一种由高炉冶炼铁或转炉精炼钢时产生的副产品，其主要成分为氧化铁、氧化硅、氧化铝、氧化钙等[2]，具有良好的物理力学性能和耐久性能，可作为混凝土中骨料或水泥的替代材料使用，从而提高混凝土的强度、耐久性和抗渗性，实现钢渣的资源化利用，减少环境污染[3-6]。

然而，目前对钢渣混凝土在动态荷载作用下的力学性能和本构关系的研究还较少，尚缺乏适用于钢渣混凝土的RHT动态本构模型。

因此，本文首先通过力学试验获得不同掺量钢渣混凝土的静态力学性能参数，包括轴心抗压强度、弹性模收稿日期：2023-9-13第一作者：常银会，1997年生，硕士，主要从事固废混凝土的研究与应用相关工作，E-mail：****************项目信息：宁夏回族自治区重点研发计划“煤电与冶金多固废协同高效制备绿色高性能混凝土关键技术与规模化应用”（2022BDE02002）基于RHT本构模型的钢渣混凝土SHPB模拟研究常银会　楚京军　侯　荣　刘亚娟宁夏赛马科进混凝土有限公司宁夏银川 750000摘要：本文采用试验和数值模拟相结合的方法，对钢渣混凝土的静力学性能和冲击动力学性能展开研究。

在试验部分，制备了四种不同钢渣掺量（0%、25%、35%、45%）的混凝土试件，并对其抗压强度和抗拉强度进行测试。

钢纤维活性粉末混凝土SHPB试验研究

简称ＲＰＣ）是法国Ｂｏｕｙｇｕｅｓ公司在上世纪９０年代初发明的一种具有高强度、高韧性、高耐久性的水泥基复合材料．清华大学覃维祖指出 … ，ＲＰＣ的超
高性能主要是通过提高材料的均质性、优化颗粒级配、以热养护改善微结构、掺钢纤维增加韧性来
的实验技术和测试方法．
１０ｍｍ的砂筛筛入搅拌机内．使用该方法后，钢纤
维几乎无结团现象．制备工艺流程见图１．
襞
匝卜
｝－｛纤维
—匡匦
图１ＲＰＣ制备工艺
困＋团
Ｆｉｇ．１ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＲＰＣ
关键词：钢纤维活性粉末混凝土；冲击；压缩；分离式霍普金森压杆中图分类号：ＴＵ５２８．５７２文献标志码：Ａ
活性粉末混凝土（ＲｅａｃｔｉｖｅＰｏｗｄｅｒＣｏｎｃｒｅｔｅ，
（图２）．
基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１２７８１３５，５０７０８０２２）；广东省高等学校高层次人才资助项目（２０５０２０５）；广东省自然科学基金资助项目（０６３０１０３８）；建设部科研开发资助项目（０６一Ｋ１－３７，０７一Ｋ４．５，Ｏ７．Ｋ４．１３，１０．Ｋ３．２７，１０．Ｋ４ — １８）；广州市属高校 “ 羊

钢纤维混凝土HJC模型研究

钢纤维混凝土HJC 模型研究张磊1，项笑炎2，郝龙3（1.总参工程兵科研三所，洛阳河南 471023；2. 美国工程技术联合公司南京代表处，江苏，南京，210000；3. 中国人民解放军南京军区建筑设计院，江苏，南京，210000 ）摘要：本文进行了不同强度、不同纤维含量钢纤维混凝土静态单轴、常规三轴、SHPB 单轴和主动围压SHPB 实验，根据实验结果对HJC 模型进行了改进，并编写了材料子程序嵌入ABAQUS/Explicit 中模拟实验。

数值模拟结果表明改进的HJC 模型能更好反映钢纤维含量、围压和应变率对混凝土力学特性的影响。

关键词：爆炸力学；钢纤维混凝土（SFRC）；HJC 本构模型；材料子程序；数值模拟Study on the HJC model of steel fiber reinforced concreteZHANG Lei1*,XIANG Xiaoyan2 ,HAO Long3(1, The Third Engineering Scientific Research Institute, The Headquarters of the General Staff, Luoyang, Henan 471023; 2, Engineering Technology Associates. Inc. Nanjing Rep. Office. Nanjing Jiangshu, 210000; 3 Architectural Design Institute of PLA Nanjing Military Region, Nanjing Jiangshu, 210000) Abstract: The quasi-static uniaxial compression, conventional tri-axial, uniaxial SHPB and active confining SHPB experiments have been conducted in this study. The HJC concrete constitutive model has been modified based on the experiment results. The user-defined material subroutine code of constitutive model has been developed in ABAQUS code and been used to simulate the experiments. The simulation results exhibited that the modified HJC model can better describe the steel fiber ratio, the confining pressure and the stain rate effect on the mechanical properties of concrete than HJC model.Key words: explosion mechanics. steel fiber reinforced concrete (SFRC), HJC constitutive model, material subroutine code, numerical simulation0 引言HJC 模型是一种考虑到静水压影响和损伤影响的率相关经验型本构模型，该模型由Holmquist 于1993 年第14 届国际弹道学术会议上提出[1]。

钢纤维混凝土冲击性能的有限元研究

第39卷第2期2021年3月佛山科学技术学院学报（自然科学版）Journal of Foshan University（Natural Sciences Edition）Vol.39No.2Mar.2021文章编号：1008-0171（2021）02-0069-07钢纤维混凝土冲击性能的有限元研究徐佳兴，王英涛笃鲁志雄，雷元新(佛山科学技术学院交通与土木建筑学院，广东佛山528000)摘要：为研究钢纤维混凝土在不同应变率冲击作用下的力学性能，利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件，采用Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构对SHPB实验进行模拟研究，通过与实验研究结果对比得出，数值模拟得出的应力波图和应力-应变曲线图与实验结果吻合度较好，且峰值应力误差不超过3.68%。

同时对试件承载过程分析表明：当应变率为64s-1和114s-1时，试件单元的剥离是由外圈过度至芯部，并且114s-1条件下达到同等损伤程度要比前者快0.1ms左右。

关键词：钢纤维混凝土;数值模拟；峰值应力中图分类号:TU528.572汀U377文献标志码:A钢纤维混凝土凭借其良好的力学性能成为当下研究的热点课题。

在静力学方面，牛龙龙皿、陈从春2〕和FANG［3］等对多种体积参量的钢纤维混凝土进行了实验研究，结果表明钢纤维的掺入对强度均有增强作用的结论，而且能改变混凝土的失效模式。

在对钢纤维混凝土冲击动力性能的研究上也有较多探索。

巫绪涛等⑷利用大直径SHPB装置对不同体积分数的钢纤维高强混凝土进行了4种应变率下的冲击压缩实验，发现随着应变率增大,应变率效应逐渐减弱。

杨惠贤等冈对纤维总体积参量为2%的PVA/钢混合纤维水泥基复合材料进行了冲击实验,发现本构曲线的应变硬化现象随钢纤维含量增加而更加突显。

焦楚杰等固对钢纤维混凝土进行了冲击劈裂实验，发现钢纤维混凝土韧性和耗能能力随钢纤维含量的提高而增强。

实验研究虽然能得出确信的实验数据，但需耗费大量资源且无法穷尽各种可能。

钢纤维混凝土的本构模型及力学性能分析

10
湖南大学学报（自然科学版）
2021 年
tive model is verified. Meanwhile，the mechanical properties of SFRC including tensile strength，residual strength， flexural strength，and toughness are analyzed in detail.
调，使钢纤维与混凝土基体作为一个整体共同承担
荷载. 此时，钢纤维作为混凝土基质中的简单添加
物，由于钢纤维具有优异的力学性能，通过两相复合
理论，使钢纤维混凝土的弹性模量有明显提高. 基于
掺入钢纤维的体积分数，计算钢纤维混凝土的弹性
模量[16]，如公式（4）所示.
蓸蔀 Efc =
1-
Vf 6
Ec +
Vf 6
点弯曲试验. 通过数值模拟结果和试验数据的对比，充分验证了所提出的钢纤维混凝土本构
模型的准确性. 并对钢纤维混凝土的受拉强度、残余强度、受弯强度以及韧性等力学性能进行
详细的分析.
关键词：钢纤维混凝土；弥散开裂模型；黏结滑移理论；复合理论；抗弯强度
中图分类号：TU528.572
文献标志码：A
Constitutive Model and Mechanical Properties of Steel Fiber Reinforced Concrete
弹性状态，且作为添加物，仅考虑钢纤维在轴线方向
的受拉情况，忽略钢纤维的弯曲变形和径向收缩[15].
本文针对圆形截面且具有高长径比的钢纤维，采用
钢材的理想弹塑性本构模型计算混凝土中加入钢纤
维的应力-应变关系. 纤维在未达到抗拉强度时，纤

钢纤维混凝土的研究现状和发展动态的开题报告

钢纤维混凝土的研究现状和发展动态的开题报告一、研究现状随着人们对混凝土性能的要求越来越高，传统的钢筋混凝土逐渐不能满足其使用要求。

钢纤维混凝土应运而生，其在抗裂、抗震、耐久性等方面具有明显的优势。

目前，钢纤维混凝土的研究已经取得了很大的进展，主要表现在以下方面：1.钢纤维混凝土的性能研究许多学者通过加入钢纤维来改善混凝土的某些特性，如抗裂、抗震、耐久性等，已经取得了很好的效果。

通过实验室试验，钢纤维混凝土的各项性能已经得到了较为全面的研究。

2.钢纤维混凝土的力学性能研究钢纤维混凝土的力学性能是研究钢纤维混凝土的一个重要方面。

如抗拉剪强度、抗压强度、变形性能等都需要进行研究。

目前，国内外许多学者对钢纤维混凝土的力学性能进行了深入研究，并取得了很多有价值的研究成果。

3.钢纤维混凝土的应用研究钢纤维混凝土的应用范围非常广泛，如桥梁、隧道、水利、地铁等工程领域。

目前，许多大型的工程项目已经开始采用钢纤维混凝土进行建设，应用前景非常广阔。

二、发展动态随着钢纤维混凝土的研究和应用不断深入，其发展也得到了各方面的重视。

当前，钢纤维混凝土的发展动态主要表现在以下几个方面：1.钢纤维混凝土的制造工艺钢纤维混凝土的制造工艺对其性能有很大的影响。

当前，一些先进的制造工艺已经得到了广泛应用，如高效、自动化的钢纤维混凝土生产线。

2.钢纤维混凝土的新型纤维钢纤维混凝土的性能与所用的钢纤维型号密切相关。

现在，一些新型、高性能的钢纤维已经应用于钢纤维混凝土中，如钢纤维复合材料等。

3.钢纤维混凝土的性能改进为了进一步提高钢纤维混凝土的性能，一些学者进行了各种性能改进的研究，如改进混凝土的配合比、改进钢纤维的加入方式、改进混凝土的养护条件等。

这些改进措施大大提高了钢纤维混凝土的总体性能。

4.钢纤维混凝土的应用扩大钢纤维混凝土的应用范围正在不断扩大。

除了上述领域之外，还有一些其他领域也在逐渐采用钢纤维混凝土，如矿山、航空、军工等。

总之，钢纤维混凝土的研究和发展有着广泛的应用前景，其在建筑领域的应用也将越来越普及，这将进一步推动钢纤维混凝土技术的发展。

钢纤维混凝土动态本构模型及其有限元方法

钢纤维混凝土动态本构模型及其有限元方法钢纤维混凝土是一种使用细小钢纤维增强的混凝土材料，具有较高的抗裂性能和韧性。

在结构工程中，钢纤维混凝土常用于加固和增强混凝土结构。

为了准确地分析和设计钢纤维混凝土结构，需要了解其动态本构模型和相应的有限元方法。

在弹性阶段，可以使用弹性本构模型来描述钢纤维混凝土的应力-应变关系。

常用的弹性本构模型包括线性弹性模型和非线性弹性模型。

线性弹性模型假设材料在弹性阶段呈线性的应力-应变关系，可以使用胡克定律进行描述。

非线性弹性模型则考虑了材料在弹性阶段的非线性特性，如拉伸性能、压缩性能和抗剪性能。

在塑性阶段，钢纤维混凝土的变形行为会出现一定的非弹性变形，主要包括塑性应变和残余应变。

因此，需要使用塑性本构模型来描述钢纤维混凝土在受力过程中的非弹性变形。

常用的塑性本构模型包括弹塑性模型、弹塑性损伤模型和塑性损伤模型。

在损伤阶段，钢纤维混凝土会出现损伤行为，如微裂缝的扩展和混凝土破碎。

为了精确地描述钢纤维混凝土在受力过程中的损伤行为，可以使用损伤本构模型。

损伤本构模型考虑了材料的弹塑性行为和损伤行为，并通过损伤变量来描述材料的损伤程度。

有限元方法是一种数值计算方法，在钢纤维混凝土动态分析中具有广泛的应用。

有限元方法将结构划分为多个小单元，通过在每个单元上建立代表该单元材料本构特性的方程来求解结构的响应。

对于钢纤维混凝土结构，可以使用弹塑性本构模型和损伤本构模型作为有限元模型。

在建立有限元模型时，需要根据钢纤维混凝土的实际工程应用情况选择合适的本构模型。

通过实验测试或文献调研获得钢纤维混凝土的材料参数，如弹性模量、泊松比、抗拉强度、抗压强度等。

然后，在有限元软件中建立钢纤维混凝土的有限元模型，选择适当的单元类型和网格划分方法。

在动态分析中，通过施加动力荷载或地震荷载模拟实际工程中的受力情况，在有限元模型中求解结构的应力、位移和损伤等响应。

同时，可以进行参数敏感性分析和结构优化设计，以确保结构的安全和可靠性。

型钢-钢纤维再生混凝土粘结滑移性能试验及本构关系研究

型钢-钢纤维再生混凝土粘结滑移性能试验及本构关系研究型钢-钢纤维再生混凝土粘结滑移性能试验及本构关系研究摘要：研究了型钢-钢纤维再生混凝土的粘结滑移性能，通过实验测试了该材料的粘结强度与滑移行为，并对其本构关系进行了分析和研究。

试验结果表明，型钢-钢纤维再生混凝土具有较高的粘结强度和良好的滑移性能，其本构关系符合经验公式，可以应用于工程实践中。

关键词：型钢；钢纤维；再生混凝土；粘结滑移性能；本构关系1. 引言再生混凝土作为一种环境友好型建筑材料，具有循环再利用、资源节约和减少建筑废弃物的显著优点，得到了广泛的应用和研究。

然而，再生混凝土由于其内部含有大量的混凝土碎石颗粒，使得其抗压强度相对较低，降低了其在工程中的应用范围。

为了改善再生混凝土的力学性能，文献中提出了加入钢纤维和型钢的方法，以提高其抗压强度和韧性。

2. 实验方法本研究采用了常用的实验方法来测试再生混凝土的粘结滑移性能。

首先，制备了不同配比的再生混凝土试件，其中包括掺有钢纤维和型钢的试件。

然后，利用万能试验机对试件进行受拉试验，测得试件的抗拉强度和相对滑移量。

最后，根据实验结果绘制出应力-应变曲线，并对其进行分析和研究。

3. 结果与讨论根据实验结果，再生混凝土试件的抗拉强度随着钢纤维和型钢的加入而显著提高。

与普通混凝土相比，再生混凝土试件表现出明显的韧性和抗拉能力。

同时，试验结果还显示出再生混凝土试件的滑移量随着荷载的增加而逐渐增大，呈现出典型的粘结滑移性能。

4. 本构关系分析通过对实验结果的分析，可以得到再生混凝土试件的本构关系。

根据经验公式，本构关系可以用双曲线来描述，即滑移量与应力的关系符合双曲线函数。

这一发现对于进一步研究再生混凝土的力学性能和工程应用具有重要意义。

5. 结论与展望通过对型钢-钢纤维再生混凝土的粘结滑移性能进行试验研究，得出了如下结论：该材料具有较高的粘结强度和良好的滑移性能，可以应用于工程实践中。

在未来的研究中，可以进一步探索再生混凝土的力学性能和本构关系，并优化其配比，以提高其工程应用的范围和效果。

基于纤维模型和柔度法的钢管混凝土压弯剪构件的力学性能模拟及灵敏度分析

基于纤维模型和柔度法的钢管混凝土压弯剪构件的力学性能模拟及灵敏度分析摘要：本文基于有限元柔度法和纤维模型法的基本思想，研究了往复荷载作用下的CFT框架柱滞回性能的建模方法，借助非线性梁柱单元，编制了钢管混凝土压弯剪构件的有限元分析程序。

分析了影响模型计算精度的因素。

建立了不同的钢管混凝土框架柱计算模型，讨论了材料本构关系、截面纤维划分、积分点数量等因素对模拟结果的影响。

以试验为依据，运用OPENSEES软件，通过计算结果和试验结果的对比，分析了影响数值模拟准确性的因素。

结果表明，受约束混凝土本构关系的下降段主要影响到滞回曲线的退化，钢材本构关系的强化段主要影响到水平荷载的大小，二者是影响模型准确性的重要因素，而网格划分则主要体现在计算效率上。

本研究为钢管混凝土框架柱滞回性能的数值模拟分析提供了理论依据。

1. 引言目前研究结构的非弹性静力和动力反应的主要方法有两种。

其一是结构静力和动力试验的方法，一般采用小比例尺的结构模型试验，以模拟原型结构的性能。

小比例尺的模型试验往往带有较大的尺寸效应[1]，而大比例尺以及足尺的模型试验往往受到试验条件以及研究费用的限制，难以得到推广。

其二是计算机仿真试验方法或数值模型试验方法。

该方法不受时空条件的限制，节省研究费用，易于追踪结构受力全过程中的性能变化，适用于对结构进行大量的参数分析等等。

与传统的有限元法相比，纤维模型法能够在保证计算精度的同时耗费较小的机时，因此纤维模型法更适合进行复杂结构的非线性分析。

目前国内外基于纤维模型的数值模拟越来越多的应用于试验验证，因此有必要深入分析影响模拟精度的因素。

本文基于纤维模型的基本原理借助Opensees[3]开发平台研究了钢管混凝土框架柱的数值模拟方法，探讨了材料本构关系、截面纤维划分、积分点数量等因素对模型计算精度的影响。

2.纤维模型和有限单元柔度法的计算原理2.1 纤维截面纤维截面以其高精度模拟材料的非线性而得到学者的广泛认可。

高温后钢纤维自密实混凝土动、静态力学性能研究

第42卷第11期2023年11月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.42㊀No.11November,2023高温后钢纤维自密实混凝土动㊁静态力学性能研究朱㊀明1,宫能平2,穆朝民3,蔡天宇1,章㊀雨1(1.安徽理工大学土木建筑学院,淮南㊀232001;2.安徽理工大学力学与光电物理学院,淮南㊀232001;3.安徽理工大学安全科学与工程学院,淮南㊀232001)摘要:为探索高温对钢纤维自密实混凝土(SFRSCC)的动㊁静态力学性能的影响,对常温(25ħ)和不同温度(200㊁400㊁600㊁800ħ)热处理后的SFRSCC 进行动㊁静态力学性能试验,结合LS-DYNA 软件与HJC 本构模型进行数值模拟分析㊂结果表明:随着温度等级的提高SFRSCC 的静态抗压强度先增大后减小,在200ħ时达最大值66.9MPa;在同等级冲击荷载作用下,随着温度等级的提高,SFRSCC 的动态抗压强度先增大后减小,并在200ħ时达到最大;SFRSCC 的动态抗压强度随冲击荷载等级的增加而增大,动态强度增长因子随应变率的增加而增大;模拟与试验的破坏形态具有一致性㊂关键词:钢纤维自密实混凝土;高温;动态力学性能;静态力学性能;数值模拟中图分类号:TU528㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)11-3895-11Dynamic and Static Mechanical Properties of Steel Fiber Reinforced Self-Compacting Concrete after Exposed to High TemperatureZHU Ming 1,GONG Nengping 2,MU Chaomin 3,CAI Tianyu 1,ZHANG Yu 1(1.College of Civil Engineering and Architecture,Anhui University of Science and Technology,Huainan 232001,China;2.College of Mechanics and Optoelectronic Physics,Anhui University of Science and Technology,Huainan 232001,China;3.College of Safety Science and Engineering,Anhui University of Science and Technology,Huainan 232001,China)Abstract :In order to explore the influence of high temperature on the dynamic and static mechanical properties of steel fiber reinforced self-compacting concrete (SFRSCC),the dynamic and static mechanical properties of SFRSCC at room temperature (25ħ)and after heat treatment at different temperatures (200,400,600,800ħ)were tested,and the numerical simulation analysis was carried out by combining LS-DYNA software and HJC constitutive model.The results show that the static compressive strength of SFRSCC increases first and then decreases with the increase of temperature grade,and reaches the maximum value of 66.9MPa at 200ħ.Under the same level of impact load,with the increase of temperature grade,the dynamic compressive strength of SFRSCC increases first and then decreases,and reaches the maximum at 200ħ.The dynamic compressive strength of SFRSCC increases with the impact load level,and the dynamic strength growth factor increases with the increase of strain rate.The failure modes of simulation and test are consistent.Key words :steel fiber reinforced self-compacting concrete;high temperature;dynamic mechanical property;static mechanical property;numerical simulation 收稿日期:2023-05-25;修订日期:2023-08-01基金项目:国家重点研发计划课题(2021YFC3100802)作者简介:朱㊀明(1997 ),男,硕士研究生㊂主要从事冲击动力学方面的研究㊂E-mail:mingzhu@通信作者:宫能平,博士,教授㊂E-mail:npgong@ 0㊀引㊀言自密实混凝土(self-compacting concrete,SCC)由于流动性高㊁无须人工振捣㊁适用性强㊁密实性高等特点被广泛应用于机场㊁核电站与大剧院等大型建筑物[1]㊂与普通混凝土相比,SCC 具有良好的流动性,这一特点使其在拌和的过程中需要更多的水和胶凝材料,从而导致SCC 在养护早期容易出现收缩开裂的问题㊂经前人研究[2]发现,向SCC 中掺入钢纤维可以有效减轻开裂程度㊂钢纤维自密实混凝土(steel fiber reinforced3896㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷self-compacting concrete,SFRSCC)融合了自密实混凝土与普通混凝土的特点,与普通混凝土相比,SFRSCC 具有更高的流动性,与自密实混凝土相比,SFRSCC具有更高的抗裂㊁抗拉和抗冲击能力[3]㊂在面临火灾和火灾引起的爆炸等灾害时,建筑物混凝土材料与结构会不可避免地受到高温和冲击荷载的影响,这对建筑物结构的安全性与稳定性造成了巨大威胁[4]㊂对高温后钢纤维自密实混凝土动㊁静态力学性能进行研究,可以为火灾后建筑结构的稳定性和安全性评估㊁加固修复等提供参考[5]㊂目前,国内外学者的研究主要聚焦于高温对SCC静态力学性能的影响以及不同纤维对SCC动态力学性能的影响㊂例如,张聪等[4]利用蒸汽压力爆裂理论预测了火灾下不同纤维SCC的高温爆裂,发现细PP纤维和钢纤维对SCC内部蒸汽压力下降有显著影响;王连坤等[6]对经过不同温度处理后的SCC采取不同冷却方式进行了静态力学研究,发现相同高温下,自然冷却的SCC具有较高的静态抗压强度,而喷水冷却的则较低;陶津等[7]对SCC㊁掺加聚丙烯纤维的SCC和高强混凝土开展了高温爆裂试验,发现相对于未加纤维的SCC,添加纤维的SCC爆裂现象明显改善;Ali等[8]通过研究发现,钢纤维可以阻止混凝土裂纹的扩展,有助于提高爆裂剥落强度;Karatas等[9]研究表明,200ħ之前,随着温度等级的升高,钢纤维SCC静态抗压强度增大,与申海洋等[10]的试验结果基本一致;刘志恒等[11]发现经过300ħ高温作用后,橡胶自密实混凝土在重复冲击下的承载能力低于普通自密实混凝土㊂随着有限元数值模拟软件技术的发展,LS-DYNA成为了目前世界上分析功能最完备的显式动力分析程序包,利用LS-DYNA软件建立分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)模型对混凝土在高应变率下的力学行为进行数值模拟研究正在成为一种趋势[12]㊂张社荣等[13]利用LS-DYNA有限元软件,采用Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型对碾压混凝土的SHPB试验进行了模拟,并得到了与试验结果一致的力学行为;巫绪涛等[14]结合混凝土动态力学试验与数值模拟对HJC本构模型参数标定等问题进行了研究;Xu等[15]利用SHPB装置对高温后的混合纤维增强混凝土进行了动态劈裂试验,结果表明,通过对HJC 模型部分参数进行修正,可以很好地表征劣化后高温混凝土的力学性能状态㊂然而,目前对高温作用后的SFRSCC的动态抗压特性进行数值模拟研究并不十分普遍㊂综上所述,目前关于高温及纤维对混凝土材料动力学性能影响的研究成果颇丰,但是对利用试验及数值模拟手段对高温后SFRSCC的动力学性能影响的研究鲜有报道㊂为探索高温对SFRSCC动㊁静态力学性能的影响,本文利用RMT实验机和SHPB装置对常温及不同高温处理后的SFRSCC进行了准静态压缩试验和冲击压缩试验,考察了静态抗压强度㊁动态抗压强度和动态强度增长因子等力学指标㊂结合试验和数值分析的结果,综合分析了高温对SFRSCC的动力学性能的影响㊂1㊀实㊀验1.1㊀试件制备在本试验中,配制SFRSCC的水泥为杨春水泥有限公司生产的P㊃O52.5型硅酸盐水泥,主要化学成分见表1;粗骨料为淮河所产的碎石,表观密度2.67g/cm3;细骨料为天然河砂,表观密度2.67g/cm3,堆积密度1.45g/cm3;粉煤灰产地为大连市华能电厂所;水为自来水;外加剂为山西飞科新材料科技有限公司生产的聚羧酸类减水剂(HLX标准型),减水率28%,含气率3%;钢纤维选用ϕ0.2mmˑ13mm的直钢纤维㊂参考已有的研究成果,混凝土中的钢纤维体积率不大于2%时,力学性能与经济效益二者最佳[16-17],故在本文的静态压缩试验与动态冲击试验中,混凝土试件的钢纤维体积率均为2%㊂根据‘自密实混凝土应用技术规程“(JGJ/T283 2012)进行理论计算和试验测试,控制水灰比为0.4,最终确定SFRSCC配合比(见表2)㊂制备2种不同规格试件(ϕ50mmˑ100mm㊁ϕ55mmˑ30mm)分别应用于静态压缩试验和动态压缩试验,对试件进行标准养护,养护周期28d㊂表1㊀胶凝材料的主要化学成分Table1㊀Main chemical composition of cementitious materialsMaterial Mass fraction/%SiO2Al2O3CaO MgO Fe2O3SO3 Cement20.86 5.9056.77 3.50 3.61 2.43第11期朱㊀明等:高温后钢纤维自密实混凝土动㊁静态力学性能研究3897㊀表2㊀钢纤维自密实混凝土配合比Table 2㊀Mix proportion of SFRSCCMaterial Mix proportion /(kg㊃m -3)Cement Stone columns Sand Fly ash Water Water reducer Steel fiber dosage /%SFRSCC 425848823111170 6.521.2㊀试验装置与方法利用FP311C 型马弗炉对SFRSCC 试件进行高温处理,综合先前的研究[18-20],高温加热温度设计为200㊁400㊁600和800ħ4个等级㊂马弗炉以10ħ/min 的升温速率加热试件到预定温度后,保持温度恒定2h㊂为保证试件受热均匀,并避免温差过大导致试件内部产生缺陷,冷却方式为利用炉腔内的余温冷却㊂采用RMT-150C 实验机对高温后SFRSCC 试件进行静态力学性能研究㊂高温后SFRSCC 的冲击压缩试验采用ϕ75mm 的SHPB 试验系统,系统原理见图1㊂其撞击杆㊁入射杆㊁透射杆和吸收杆的材质均为高强度合金钢,基本参数如表3所示㊂根据一维应力波假设和均匀性假设,使用二波法[21]进行数据处理,其主要原理如式(1)所示㊂ε㊃s (t )=-2c L s εr (t )εs (t )=-2c L s ʏt 0εr (t )d t σs (t )=AE A s εt (t )ìîíïïïïïï(1)式中:σs (t )为试件的平均应力,GPa;εs (t )为应变;ε㊃s (t )为应变率,s -1;c 为钢杆的纵波波速,m /s㊁A 为横截面积,mm 2;E 为弹性模量,GPa;L s 为试件长度,mm;A s 为试件横截面积,mm 2;εr (t )为测得的反射应变;εt (t )为测得的透射应变;t 为加载时间,ms㊂图1㊀分离式霍普金森压杆试验系统原理图Fig.1㊀Schematic diagram of split Hopkinson pressure bar test system表3㊀杆件基本参数Table 3㊀Basic parameters of barsBar Length /mm Diameter /mm Density /(kg㊃m -3)Elastic modulus /GPa Poisson s ratio Striker bar 400Incident bar 4000Transmission bar 25007578501950.32㊀结果与讨论2.1㊀质量损失由于高温作用,SFRSCC 试件高温前后质量发生了变化,测量并计算加热前后试件质量差与加热前的质量比,即质量损失率[20]㊂在不同温度等级下试件的质量损失率如图2所示,随着温度等级的增加,试件质量3898㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图2㊀不同温度等级下SFRSCC 的质量损失率Fig.2㊀Mass loss rate of SFRSCC with different temperature grades 损失率逐渐增高㊂25~200ħ时,试件失重最快,质量损失率为5.72%㊂一方面,试块内部孔隙的自由水加速蒸发㊂另一方面,钙矾石脱水分解,163ħ时,二水合硫酸钙完全失水,导致试件质量损失率比较大[20]㊂200~600ħ时,试件失重较快,C-S-H 凝胶开始脱水反应,如果还有未水化的水泥,可能发生二次水化[7,22]㊂600~800ħ时,试件失重最慢,质量损失率仅由600ħ时的10.65%增长到800ħ时的11.69%,试件的水分基本蒸发,质量损失主要是由碳酸钙高温分解产生氧化钙与二氧化碳引起[23]㊂如果氧化钙静置一段时间,就会水解导致试件体积膨胀㊂不同温度等级下的试件外观如图3所示,600ħ时开始产生裂纹,800ħ时出现明显裂纹㊂图3㊀不同温度等级下试件外观特征Fig.3㊀Appearance characteristics of specimens exposed with different temperature grades 2.2㊀静态压缩试验结果图4㊀不同温度等级下SFRSCC 的静态抗压强度Fig.4㊀Static compressive strength of SFRSCC with different temperature grades 图4为不同温度等级下SFRSCC 的静态抗压强度,数据为相同温度等级下3个静态压缩试验结果的平均值㊂由图4可以看出,随着温度等级的提高,静态抗压强度呈先上升后下降的趋势,并在200ħ时达到最大值66.9MPa,相较于常温(25ħ)下提升了11.3%㊂400㊁600和800ħ时,相较于常温(25ħ)下分别下降了25.5%㊁49.4%和84.7%㊂该趋势和申海洋等[10]研究的轻骨料混凝土的静态抗压强度与温度的关系具有相似规律㊂高温对SFRSCC 的静态抗压强度不仅有弱化效果还有增强效果,对SFRSCC 的静态抗压强度具有显著影响㊂2.3㊀动态压缩应力-应变曲线经历不同温度后的SFRSCC 在不同平均冲击速度(6.7㊁9.6㊁11.0㊁12.5m /s)下的动态压应力-应变曲线如图5所示,为了便于叙述,本文中平均冲击速度均简称为冲击速度㊂图5表明,经高温处理后SFRSCC 的动态应力-应变曲线变化规律与常温(25ħ)下SFRSCC 动态应力-应变曲线具有相似的发展趋势,大致可以划分为4个阶段:1)压密阶段,曲线呈上凹形,试件内部细微裂缝在外力作用下闭合;2)弹性变形阶段,曲线近似为一条直线;3)塑性发展阶段,此阶段随着应变不断增加,应力的增长速率不断减小,达到峰值应力时,曲线的斜率为0;4)破坏阶段,该阶段对应峰值应力后迅速下降曲线,此时曲线斜率为负,试件发生破坏㊂第11期朱㊀明等:高温后钢纤维自密实混凝土动㊁静态力学性能研究3899㊀图5㊀高温后不同冲击速度下SFRSCC 的动态应力-应变曲线Fig.5㊀Dynamic stress-strain curves of SFRSCC after high temperature under different impact velocities 2.4㊀动态抗压强度混凝土动态峰值应力为动态应力-应变曲线中的最大应力值,当混凝土发生破坏时,动态抗压强度值与动态压缩峰值应力相等,当混凝土未发生破坏时,动态抗压强度值大于动态压缩峰值应力[24]㊂在本文所涉及的动态力学试验中,SFRSCC 试件均在冲击压缩下发生破坏,故SFRSCC 的动态压缩峰值应力可视作动态抗压强度值㊂不同冲击速度下,SFRSCC 动态抗压强度与温度等级的关系如图6所示,在相同冲击速度下,随温度等级的提高试件的动态抗压强度呈先增大后减小的趋势,当温度等级为200ħ时,动态抗压强度达到最大值,当温度大于200ħ时,试件的动态抗压强度减小㊂为进一步研究应变率与温度对SFRSCC 动态抗压强度的影响,根据式(2)[25]拟合得到不同温度等级下动态抗压强度与应变率的拟合结果关系如图7所示,试件的动态抗压强度与应变率呈明显的线性相关㊂在不同温度等级(25~800ħ)下,试件的动态抗压强度与应变率呈正线性相关㊂图6㊀不同冲击速度下SFRSCC 动态抗压强度与温度等级的关系Fig.6㊀Relationship between dynamic compressive strength and temperature grade of SFRSCC at different impactvelocities 图7㊀不同温度等级下SFRSCC 动态抗压强度与应变率拟合结果Fig.7㊀Fitting results of dynamic compressive strength and strain rate of SFRSCC at different temperature grades3900㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷σd =a +bε㊃(2)式中:σd 为动态抗压强度,ε㊃为应变率,a ㊁b 均为拟合参数,取值见表4㊂表4㊀式(2)的拟合参数结果Table 4㊀Fitting results of parameters in Eq.(2)Temperature /ħa b R 2Strain rate range /s -12513.2620.3700.983189.82~479.6020013.3570.4170.983176.52~511.77400-17.1020.3880.956163.71~511.64600-21.6640.2730.899192.07~496.45800-25.1350.2480.961165.77~497.16图8㊀不同高温处理后SFRSCC 动态抗压强度变化率Fig.8㊀Dynamic compressive strength change rate of SFRSCC after different high temperature treatments 综合图6和图7可以看出,高温后SFRSCC 的动态抗压强度是应变率效应和温度效应耦合作用的结果㊂进一步对比分析应变率效应与温度效应对SFRSCC 动态抗压强度的影响大小,图8为不同高温处理后SFRSCC 动态抗压强度变化率(相较于常温)㊂当温度等级为200ħ时,不同冲击速度下的SFRSCC较常温强度变化率均为负值,说明SFRSCC 不仅有温度软化效应,还有温度强化效应;当温度等级为800ħ时,SFRSCC 强度变化率随着冲击速度的增大(即应变率的增大)而逐渐减小,说明在800ħ㊁6.7~12.5m /s的冲击速度下,应变率强化效应较温度软化效应对SFRSCC 动态抗压强度的影响更大,占主导地位;当温度等级为400ħ㊁冲击速度为11.0~12.5m /s 时,SFRSCC 强度变化率增大,温度软化效应占据主导地位㊂综上可知,应变率效应和温度效应对高温后SFRSCC 的动态抗压强度影响程度随着应变率的不同和温度的不同而不断变化㊂2.5㊀动态强度增长因子动态强度增长因子(dynamic intensity growth factor,DIF)通常被用来量化应变率效应对混凝土动态强度的影响,是动态强度与静态强度的比值[26],计算公式如式(3)所示㊂DIF =f d /f s (3)式中:f d 为动态强度,f s 为静态强度㊂不同冲击速度下DIF 值随温度变化曲线如图9所示,在相同温度等级下,SFRSCC 试件DIF 值随着冲击速度的提升而增大㊂在同一冲击速度下,600与800ħ时曲线的斜率有明显提升,即SFRSCC 试件DIF 值在800ħ时出现明显增大㊂除800ħ外,温度等级的提升对SFRSCC 试件的DIF 值影响无显著规律㊂普通混凝土动态强度增长因子与应变率的关系计算现阶段已有很多经验公式,本文采用的计算方法如式(4)[26]所示㊂DIF =(ε㊃/ε㊃0)0.014ε㊃ɤ30s -10.012(ε㊃/ε㊃0)1/3ε㊃>30s -1{(4)式中:ε㊃0=3ˑ10-5为参考应变率㊂按照式(3)和式(4)计算SFRSCC 与普通混凝土的DIF 值如图10所示,温度等级为25~600ħ时,试验数据点分布在CEB-FIP 曲线两侧,说明SFRSCC 的应变率敏感性和普通混凝土比较接近㊂当应变率低于350s -1时,试验数据点均在CEB-FIP 曲线下方㊂当应变率高于350s -1时,试验数据点大多在CEB-FIP 曲线上方㊂800ħ时,SFRSCC 数据点均在CEB-FIP 曲线上方,说明800ħ高温处理后SFRSCC 的应变率敏感性大于普通混凝土,当应变率为497.16s -1时,800ħ时SFRSCC 的DIF 值是常温下普通混凝土的3.6倍㊂第11期朱㊀明等:高温后钢纤维自密实混凝土动㊁静态力学性能研究3901㊀图9㊀不同冲击速度下DIF 值与温度的关系Fig.9㊀Relationship between DIF value and temperature at different impactvelocities 图10㊀不同温度下DIF 值与应变率的关系Fig.10㊀Relationship between DIF value and strain rate at different temperatures为进一步研究应变率对DIF 值的影响,采用广泛使用的拟合公式[27],如式(5)所示㊂DIF =a lg ε㊃+b (5)式中:a ㊁b 均为拟合参数,拟合参数结果如表5所示㊂拟合结果如图11所示,经不同温度处理后,SFRSCC 的DIF 值都随着应变率的增大而增大㊂温度等级为25~600ħ时,DIF 值为1.1~4.2,4条拟合曲线基本接近,而800ħ的拟合曲线斜率则明显高于其他温度等级㊂为进一步研究温度与应变率对DIF 值的影响规律,对应变率求导可得式(6)㊂dDIF d ε㊃=a ε㊃ln 10(6)式中:a 为拟合参数㊂图11㊀不同温度下DIF 值与应变率的拟合结果Fig.11㊀Fitting results of DIF value and strain rate at different temperatures由表5可知,拟合参数a 随温度等级的提高而增大㊂根据式(6)可得:当应变率ε㊃相同时,a 值越大,拟合曲线的斜率也就越大,说明在相同应变率下,温度等级越高,SFRSCC 的DIF 值增长速率越大;温度相同时,随着应变率ε㊃的增大拟合曲线的斜率逐渐减小,即温度相等时,SFRSCC 的DIF 值的增长速率随着应变率的增大而减小;温度等级为25~600ħ时,a 值为4~6,在图11中表现为SFRSCC 的数据集中在某一区域;温度等级为800ħ时,a 值最大,SFRSCC 的数据点均在其他温度等级的上方㊂综合图9~11可以看出,高温后SFRSCC 的DIF 值受到应变率效应和温度效应二者的影响,温度等级为25~600ħ时,应变率效应对DIF 值影响大于温度效应;温度等级为800ħ时,温度效应对DIF 值影响大于应变率效应㊂表5㊀式(5)的拟合参数结果Table 5㊀Fitting results of parameters in Eq.(5)Temperature /ħa b R 2Strain rate range /s -125 4.478-8.9050.999189.82~479.60200 4.485-8.8900.999176.52~511.77400 5.835-11.9790.923163.71~511.64600 6.198-13.1690.813192.07~496.4580017.623-37.5440.886165.77~497.163902㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷3㊀冲击压缩数值模拟3.1㊀模型建立与参数选取图12㊀混凝土SHPB 试验的数值模型Fig.12㊀Numerical model of concrete SHPB test 利用LS-DYNA 前处理模块建立SHPB 与试件的有限元模型,模型尺寸与真实尺寸一致,模型的单位制是t-mm-s(吨-毫米-秒)㊂模型由撞击杆㊁入射杆㊁试件和透射杆四个部分依次组成(见图12),单元选用Solid164㊂参考文献[15,27]的介绍方法,选择编号为001,关键字为 ∗MAT_ELASTIC 设置撞击杆㊁入射杆㊁透射杆模型,基本参数见表3㊂选择编号111#的 ∗MAT_JOHNSON_HOLMQUIST_CONCRET 设置试件模型㊂通过修改关键字 ∗INITIAL _VELOCITY _GENRATION 来改变撞击杆的初始速度㊂HJC 本构模型是Holmquist 等[28]基于大应变㊁高应变率㊁高压力的混凝土所提出的基本计算模型,主要由3个部分构成:强度方程㊁损伤演化方程和状态方程㊂HJC 模型有21个不同的参数,按照性质可分为:基本物理力学参数㊁强度参数㊁损伤参数和压力参数㊂SFRSCC 基本物理力学参数参照前文已知部分参数(见表6),最大拉伸强度T 和弹性模量E 采用文献[29]中方法计算,其余参数借鉴文献[13,15,27]中所介绍的试算-调整-验证方法,基于SFRSCC 试件动㊁静态力学试验数据确定(见表7)㊂表6㊀试件主要物理力学参数Table 6㊀Main physical and mechanical parameters of specimensTemperature /ħDensity /(kg㊃m -3)E /GPa f s /MPa T /MPa 25 2.79141.6760.1 4.8200 2.70943.9766.9 5.1400 2.75035.9844.8 4.1600 2.74429.6430.4 3.4800 2.72916.219.2 1.9表7㊀混凝土HJC 模型参数[14]Table 7㊀HJC model parameters of concrete [14]HJC parameter Implication Value ANormalized cohesive strength 0.93BNormalized pressure hardening 1.60N Pressure hardening exponent 0.79SFMAX Normalized maximum strength 7.0C Strain rate coefficient 0.008D 1Damage constant 10.04D 2Damage constant 21.0EFMIN Amount of plastic strain before fracture 0.004P crush /MPa Crush pressure2.03μcrush Crushing volumetric strain 0.66K 1/MPa Pressure constant 185K 2/MPa Pressure constant 2-171K 3/MPaPressure constant 3208P lock /GPa Locking pressure 1.0μlock Lock volumetric strain 0.072EPS0/s -1Quasi-static threshold strain rate 1.03.2㊀模拟结果SFRSCC 动态应力-应变曲线的模拟与试验结果对比如图13和图14所示㊂由图13可以看出,在相同温第11期朱㊀明等:高温后钢纤维自密实混凝土动㊁静态力学性能研究3903㊀度等级(25ħ)下,模拟曲线与试验曲线吻合度较好,并且表现出明显的应变率效应㊂在相同的冲击速度下,模拟与试验两者曲线在上升阶段无明显差距,但在冲击速度等级为12.5m/s时,试验所得应力-应变曲线与模拟所得曲线有一定差异,原因可能是混凝土试块不均匀㊂误差的产生主要来自两个方面:一方面,数值模拟设置的试件为均匀材质,而试验试件的均匀性无法达到模拟的水准;另一方面,HJC模型参数的选取也会影响模拟值[13]㊂相同的冲击速度(9.6m/s)下SFRSCC冲击压缩试验与模拟结果对比如图14所示,在25与200ħ温度等级下,SFRSCC模拟应力-应变曲线与试验曲线相差不大,曲线上升阶段基本相同;而在400㊁600㊁800ħ温度等级下,模拟应力-应变曲线与试验曲线在上升阶段吻合度不高㊂当应变小于峰值应变二分之一时,模拟曲线均小于试验曲线的应力;当应变在峰值应变的二分之一至快达到峰值应变时,模拟曲线均大于试验曲线的应力;600与800ħ处理后的SFRSCC冲击压缩应力-应变曲线呈现应变硬化型,模拟曲线呈应变软化型㊂图13㊀不同冲击速度下常温SFRSCC的动态应力-应变曲线Fig.13㊀Dynamic stress-strain curves of SFRSCC at room temperature under different impactvelocities图14㊀9.6m/s冲击速度下不同温度处理后SFRSCC动态应力-应变曲线Fig.14㊀Dynamic stress-strain curves of SFRSCC at9.6m/s impact velocity after different temperature treatment为揭示高温对SFRSCC在冲击荷载下的影响,以冲击速度为9.6m/s的SFRSCC试件为例,选取其在5个温度等级下的试件破坏图(见图15),模拟试件先从其边缘破坏脱落,再向中间逐渐发生破坏,并向内部塌陷㊂在25和200ħ时,试件出现留芯现象[13]㊂在400㊁600㊁800ħ时,随着温度等级的逐渐提高,试件的破坏程度加剧,试件留芯现象减弱,与试验中SFRSCC试件的破坏规律具有一致性㊂数值研究表明,㊀㊀㊀图15㊀不同温度等级下SFRSCC的试验与模拟破坏状态Fig.15㊀Experimental and simulated failure states of SFRSCC at different temperature grades3904㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷利用LS-DYNA建立SHPB与试件的有限元模型,在SFRSCC静态力学试验和动态力学试验的基础上确定HJC参数,模拟SFRSCC在冲击荷载下的破坏过程和破坏形态并进行定性分析是可行的㊂4㊀结㊀论1)高温(200~800ħ)后SFRSCC试件动态应力-应变曲线的变化与其常温(25ħ)下应力应变曲线的变化规律大致相同,可分为压密阶段㊁弹性变形㊁塑性发展和破坏阶段㊂2)在相同冲击速度下,随温度等级逐渐增加,SFRSCC试件动态抗压强度先增大后减小,200ħ时动态抗压强度最大;动态强度增长因子在25~600ħ时差距不大,800ħ时最大㊂3)在同一温度等级下,SFRSCC试件动态抗压强度与应变率呈线性增长关系,200ħ时增长速率最大;动态强度增长因子与应变率呈对数增长关系,温度等级越高,增长速率越大㊂4)模拟所得SFRSCC试件动态应力-应变曲线与试验结果基本一致,冲击压缩破坏形态具有相似性,直观地表现了试件的破坏过程㊂参考文献[1]㊀吕㊀淼,安雪晖,李鹏飞,等.自密实混凝土全过程智能生产研究进展[J].清华大学学报(自然科学版),2022,62(8):1270-1280.LÜM,AN X H,LI P F,et al.Review of smart production techniques for the entire self-compacting concrete production process[J].Journal of Tsinghua 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钢纤维混凝土力学模型

钢纤维混凝土力学模型
钢纤维混凝土是一种在混凝土中加入钢纤维的复合材料。

相比于普通混凝土，钢纤维混凝土具有更好的拉伸、弯曲和抗震性能，因此在工程结构中得到了广泛应用。

钢纤维混凝土的力学模型是研究其力学性能的重要基础。

目前，主要的钢纤维混凝土力学模型包括微观力学模型和宏观力学模型。

微观力学模型是通过分析混凝土中钢纤维的分布、数量和尺寸等参数，来建立混凝土的力学模型。

这种模型需要大量的实验数据和复杂的计算，而且只能模拟少量的混凝土试件。

宏观力学模型是通过对混凝土的宏观特性进行分析，建立混凝土的力学模型。

这种模型不需要考虑混凝土中的微观结构，只需要考虑其宏观特性。

宏观力学模型通常采用本构模型或裂缝模型。

本构模型是描述材料力学性质的数学模型。

在钢纤维混凝土中，常用的本构模型包括弹性模型、多轴本构模型和本构软化模型等。

这些模型可以描述钢纤维混凝土在不同加载条件下的应力应变关系。

裂缝模型是描述混凝土在应力作用下产生裂缝的力学模型。

在钢纤维混凝土中，常用的裂缝模型包括双折线模型、折线模型和软化模型等。

这些模型可以描述钢纤维混凝土的裂缝扩展特性。

综上所述，钢纤维混凝土的力学模型是研究其力学性能的重要基础。

不同的力学模型可以描述钢纤维混凝土在不同条件下的力学性能，为其在工程结构中的应用提供了理论支持。

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钢纤维改善混凝土力学性能和微观结构的研究

1、钢纤维混凝土具有较好的抗裂性能和塑性变形能力，适用于需要较高抗裂性和承载力的工程结构中。
2、钢纤维的类型、含量、基材强度以及配合比等因素都会对钢纤维混凝土的力学性能产生影响。在实际工程中，应根据具体情况选择适宜的钢纤维类型和配合比，以达到优化结构性能的目的。
3、在实验过程中，应充分考虑加载装置、实验条件等因素的影响，以确保实验结果的准确性和可靠性。
建议在今后的研究中，可以从以下几个方面进行深入探讨：
1、研究不同类型、规格的钢纤维对钢纤维混凝土力学性能的影响，以找出更为适用的钢纤维类型和规格。
2、对不同基材强度、配合比的钢纤维混凝土进行实验研究，以了解其对力学性能的影响规律。
3、在实际工程应用中，应结合具体情况对钢纤维混凝土进行优化设计和施工，以提高结构的安全性和耐久性。
2、测试结果及其影响因素
实验结果表明，钢纤维混凝土具有较好的抗裂性能和塑性变形能力。在低应力水平下，钢纤维混凝土的应变值高于普通混凝土；在高应力水平下，其应变值低于普通混凝土。此外，钢纤维的类型、含量、基材强度以及配合比等因素都会对钢纤维混凝土的测试结果产生影响。
结论
本次演示通过对钢纤维混凝土力学性能试验的研究方法及具体实践进行详细探讨，得出了以下结论：
钢纤维改善混凝土力学性能和微观结构的研究
01 一、引言
目录
02 二、文献综述
03 三、研究方法
04 四、实验结果与分析
05 五、结论与展望
06 参考内容
一、引言
随着建筑工程的发展，混凝土作为主要的建筑材料之一，其性能和质量的重要性日益凸显。钢纤维混凝土是一种新型的高性能混凝土，由于其具有高强度、高韧性、防爆、耐久性强等特点，在建筑、道路、桥梁等工程领域得到广泛应用。本次演示旨在探讨钢纤维对混凝土力学性能和微观结构的影响，以期为钢纤维混凝土的进一步应用提供理论支持。

钢纤维混凝土HJC模型研究

钢纤维混凝土HJC模型研究钢纤维混凝土（Steel Fiber Reinforced Concrete，SFRC）是一种具有高抗拉强度和良好韧性的复合材料，广泛应用于建筑、桥梁和地下结构等工程中。

钢纤维的加入可以有效地提高混凝土的抗裂性能，减少裂缝的宽度和数量，增强其抗震性能和耐久性。

为了深入探究钢纤维对混凝土性能的影响，许多研究者采用HJC（Hardening and Softening ofStrain Softening Materials）模型研究了钢纤维混凝土的力学性能。

HJC模型是一种常用于模拟混凝土和其他纤维增强材料行为的宏观本构模型。

该模型基于体积平均理论，将混凝土看作一个多相材料，由硬化带和软化带两部分组成。

在应力达到壳化准则时，混凝土开始硬化，其中的微损伤开始发展，并且硬化带内的应力逐渐固化。

而当应力超过一定比例的抗拉强度时，混凝土开始发生软化，即开始塑性变形，裂纹扩展形成。

HJC模型可以通过调整几个关键参数来模拟不同类型的材料行为。

对于钢纤维混凝土而言，最重要的参数之一是钢纤维含量。

实验研究表明，随着钢纤维含量的增加，混凝土的抗拉强度和韧性都得到了显著改善。

此外，钢纤维的形状和尺寸也会对混凝土的性能产生影响。

通常情况下，钢纤维的长度为30-60mm，直径为0.2-1.2mm。

钢纤维混凝土的HJC模型研究不仅可以帮助我们深入理解该材料的力学性能，还可以为混凝土结构的设计和优化提供参考。

通过模型模拟和参数优化，可以预测混凝土的力学性能，包括抗拉强度、韧性、极限承载能力等。

此外，模型还可以用来研究钢纤维混凝土在不同加载条件下的变形和破坏机理，以及其耐久性能和耐久性设计。

总之，钢纤维混凝土HJC模型研究是一个重要且有意义的课题。

通过深入了解钢纤维混凝土的物理和力学特性，我们可以充分发挥其优势，提高工程结构的安全性和耐久性。

相信随着科技的进步和研究的深入，钢纤维混凝土的应用将更加广泛，并为社会的可持续发展做出更大的贡献。

砂浆渗浇钢纤维混凝土(SIFCON)的实验研究

砂浆渗浇钢纤维混凝土(SIFCON)的实验研究[摘要]综合国内外文献，对SIFCON的概念、基本力学性能以及主要应用前景进行论述。

[关键词]钢纤维混凝土；砂浆渗浇钢纤维混凝土；基本力学性能；延性；抗冲击性Slurry Infiltrated Steel Fiber Concrete （SIFCON）gaojihong(China Ocean Engineering Construction General Bureau ,Dalian,116024)Abstractaccording to literatures both at home and abroad, the conception、the basic mechanical properties and the mainly application prospects are discussed.Key wardssteel fiber reinforcement concrete; slurry infiltrated fiber concrete; basic mechanical properties; ductility; impact resistance1前言由于建筑技术的迅猛发展，人们对水泥基复合材料提出越来越高的要求。

钢纤维混凝土（Steel Fiber Reinforcement Concrete，简称SFRC）与普通素混凝土及钢筋混凝土相比，虽然具有优良的韧性，但是对混凝土的抗裂、抗拉强度提高有限。

原因就是SFRC的纤维含量太低，不足以提高混凝土的抗裂、抗拉强度。

但是在实际工程应用中进一步提高纤维含量已经不可能，高于2%的纤维含量使得SFRC的搅拌和密实难以进行，并可能产生纤维离析、纤维成球及空气含量增大等不良后果。

英国学者D.J.Hannant曾经阐述，以2%的纤维含量增强的梁，钢纤维对混凝土抗裂强度的提高幅度不超过20%。

钢纤维混凝土SHPB试验

的是混凝土材料的动态力学性能，关于钢纤维混凝土材料的
动态力学性能已经在国内外引起广泛关注，其动态性能测试也大量开展。近年来，国内外对其进行了许多在爆炸与冲击作用下的钢纤维混凝土材料响应试验研究，主要是研究了混凝土的动力学性能、应变率效应和本构关系。至今为止，混凝土本构关系是混凝土结构研究的基础，对混凝土本构关系的深入研究可使结构分析更精确合理，结构更安全可靠，且更经济，具有极大的工程意义。本文采用Ｃ４０混凝土为基体材料，通过ＳＨＰＢ实验（分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆）得到与应变率相关的钢纤维混凝土的应力与应变曲线，并通过对应
图５应力峰值与应变率的关系
理，得到了典型的变应变率下的混凝土的应力与应变关系曲
线（图４）。
图６ＤＩＦ计算
４结论
应变（ａ）ｖ，＝０
（１）通过试验得到了，分别为０、５．５％的混凝土材料在变应变率条件下的应力与应变关系曲线，通过测试得到的应
通混凝土以某些新的特性。纤维的加入能大大提高混凝土原
磨等工作。），得到的测试试件离散性降到最低，平整度满足实验要求。制作得到的混凝土试块见图２。实验得到的典型波
形图见图３。
莒
』
有的抗弯、抗拉强度以及断裂延伸率，还将提高混凝土的抗冲击性和韧性，从而将较大改变混凝土原来一直作为脆性材

混凝土HJC本构模型参数的研究

混凝土HJC本构模型参数的研究一、本文概述Overview of this article混凝土作为一种广泛应用的建筑材料，其力学性能和本构关系的准确描述对于工程设计和结构安全至关重要。

随着科学技术的进步和工程实践的发展，对混凝土本构模型的研究日益深入。

其中，HJC （Holmquist-Johnson-Cook）本构模型作为一种能够描述混凝土在高应变率、高压力和大变形条件下的力学行为的模型，受到了广泛关注。

Concrete, as a widely used building material, accurate description of its mechanical properties and constitutive relationships is crucial for engineering design and structural safety. With the progress of science and technology and the development of engineering practice, research on concrete constitutive models is becoming increasingly in-depth. Among them, the HJC (Holmquist Johnson Cook) constitutive model has received widespread attention as a model that can describe the mechanical behavior of concrete under high strain rate, high pressure, and large deformation conditions.本文旨在研究混凝土HJC本构模型的参数，通过对现有文献的综述和实验数据的分析，探讨各参数对混凝土力学性能的影响规律，为工程实践中混凝土结构的准确模拟和分析提供理论支持。