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混杂纤维混凝土动态压缩性能 学 院：资源与土木工程学院 指导老师：张 腾 班 级：土木工程1203班 学 号 姓 名：石 军 中文摘要 混杂纤维混凝上(HFRC)是将两种或两种以上不同性能、不同尺寸的纤维掺入 混凝土基体之中形成的一种高性能复合混凝土材料。纤维混凝土以其良好的力学 性能和耐久性受到工程界的普遍重视，目前钢纤维混凝土(SFRC)等材料在高速 公路、防护结构及机场跑道等方面已经有了广泛的应用。作为对单掺钢纤维混凝 土材料的改进，钢一聚丙烯混杂纤维混凝上材料在上述结构中是否具有更好的应 用价值，是否能在爆炸及冲击荷载作用下表现出更为优越的力学性能，这就成为 一个需要探讨和研究的内容。 本文通过采用试验研究与有限元数值模拟相结合的方法，对HFRC材料的 动态压缩性能以及应变率效应的产生机理进行了深入的研究，所得到的结论为 HFRC材料在冲击荷载作用下的力学性能提供了试验及理论依据，有助于其在今 后实际工程中的进一步应用。全文主要的研究工作和取得的成果如下: 第一，在立方体抗压试验的基础上，研究了HFRC 以及SFRC的静态抗压性 能。结果表明二者的静态抗压强度差别不大，前者的破坏形态好于后者，碎裂和 脱皮情况较轻。 第二，采用(D74~分离式霍普金森压杆((SHPB)装置，对HFRC及SFRC材 料进行了四种应变率(21s-,43s-,65s-, 116s-)下的动态压缩性能试验，得到了不 同应变率下的应力一应变曲线，并对不同应变率下的破坏形态进行了整理和描 述。 第三，从主要力学参数(破坏强度、峰值应变、峰值韧度)的应变率效应方面 对SHPB试验结果进行了分析，并讨论了应变率对试样破坏形态的影响;比较了 相同钢纤维掺量下HFRC与SFRC的动态压缩性能，结果表明前者的动态强度及 韧性均优于后者;从断裂力学裂纹扩展和相互作用以及不同应变率下损伤演化方 式两个方面对混凝土动态增强机理进行了解释。 关键词: 混杂纤维混凝土; 冲击压缩性能;SHPB; 应变率效应 1 目录 第一章 绪论3 1.1.课题背景3 1.2混凝土材料动态力学的研究进展4 1.3本文的研究目的和研究内容4 第二章 动态压缩性能试验设计4 2.1试样设计5 2.2试验方法6 2.3试验需注意的问题及改进6 2.4本章小结8 第三章 实验结果与分析8 3.1SHPB试验结果8 3.2实验分析10 3.3本章小结11 第四章 结论与展望11 4.1结论11 4.2展望12 参考文献13 2 第一章 绪论 1.1.课题背景 在军事工程中，大量的防护结构除承受静态荷载的作用之外，还有可能受到 爆炸及冲击等动态荷载的作用。而广泛应用于防护结构中的混凝土类材料均属于 应变率敏感性材料，即在应变率不同的荷载作用下，材料将表现出不同的动态性 能。这就要求在进行工程设计时不仅要了解材料的静态或准静态(低应变率)性 能，还要了解材料在动态荷载作用(高应变率)下的表现。 混凝土材料原料丰富，价格低廉，生产工艺简单，同时它还具有抗压强度高， 耐久性好，强度等级范围宽等特点，使其成为目前应用最为广泛的土木工 程材料之一。作为对素混凝土材料的改善，纤维的加入可以显著地改善混凝土的 抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，特别适用于一些对冲击及疲劳性能要求较高 的结构，如防爆结构及机场跑道等。目前钢纤维混凝土等材料在高速公路、防护 结构及机场跑道等方面已经有了广泛的应用。作为对单掺钢纤维混凝土材料的改 进，钢一聚丙烯混杂纤维混凝土材料在上述结构中是否具有更好的应用价值，是 否能在爆炸及冲击荷载作用下表现出更为优越的力学性能，这就成为一个需要探 讨和研究的内容。 本