采用试验和数值模拟相结合的方法,对比研究了普通混凝土和钢纤维混凝土的力学性能、应力-应变响应、破坏特征和声发射规律。结果表明:随着钢纤维体积掺量的增加,试件的抗压和抗折强度均呈先增大后减小的趋势,适宜掺量范围为2.0%~2.5%,超过该掺量范围后,试件的抗压和抗折强度降低;掺入适量钢纤维可增大混凝土的弹性模量和残余强度,增强混凝土的峰后延性,改善混凝土的破坏形态。

研究了钢纤维体积掺量(2.5%、3.3%、4.1%)和粉煤灰掺量(10%、15%、20%)对桥梁内衬混凝土工作性及力学性能的影响,采用数字图像处理法量化分析了钢纤维在混凝土中的分布均匀度与饱和度。结果表明:随着钢纤维体积掺量的增加,混凝土的工作性基本呈降低趋势,但其抗压强度和劈裂抗拉强度增大;随着粉煤灰掺量的增加,混凝土的工作性和力学性能基本均呈下降趋势;钢纤维的分布均匀度和饱和度随着其体积掺量的增加而增大,并与混凝土的力学性能呈正相关关系。

设计了一批受拉区为SFRC、受压区为SCC的钢筋复合梁,分析了纵筋配筋率、SFRC替换层钢纤维体积掺量以及替换层高度对复合梁在四点弯曲荷载作用下的承载力、挠度以及裂缝形态的影响,并与普通混凝土梁进行了对比。通过理论分析计算得出了SFRC/SCC复合梁的承载力表达式,并将理论计算结果与试验数据进行了对比分析,以验证表达式的合理性。结果表明:配筋率是提升复合梁承载力的首要因素,1.32%配筋率相对于0.79%配筋率的极限承载力最大可提升24.1%;钢纤维替换层对复合梁的承载力提升并不明显,但对于复合梁的挠度与裂缝宽度控制有明显作用,将替换层高度由50 mm提升至150 mm时,复合梁的挠度和主裂缝宽度最大分别降低了9.2%和77.81%。

为了解预制蝶形腹板混凝土箱梁在荷载作用下的受力特点、破坏形态、变形能力以及腹板中钢筋内力分布等情况,设计制作了预制蝶形腹板混凝土箱梁试件,并对其受弯性能进行了试验研究,采用对称加载,得到了完整的荷载-挠度曲线,沿高度纵向应变曲线、钢筋屈服曲线、沿纵向跨径方向挠度曲线。研究表明,在对称荷载作用下,预制蝶形腹板混凝土箱梁表现为弯曲破坏,同时,伴随着弯剪断腹板接缝处出现断裂,结构失效。针对挠度,对比分析了费氏空腹理论变形公式计算值、有限元分析值和试验值,三者吻合性良好,研究结果可为预制蝶形腹板混凝土箱梁的进一步研究和工程应用提供参考。

基于沈阳轨道交通9号线盾构隧道工程管片的实际受力,进行了无筋钢纤维混凝土偏心受压试验,分析了构件在偏压作用下的断面应力分布、裂缝发展及破坏规律,提出了适合该类构件的计算方法。试验结果表明,无筋钢纤维混凝土构件在相对偏心距大于0.5后承载力急剧下降,即该类构件适用于相对偏心距较小的情况。在构件受力全过程中,混凝土受压区段均处于弹性状态。基于试验结果,提出了修正受压区应力分布状态的无筋钢纤维混凝土偏压正截面计算方法,明确了受压区纤维混凝土强度系数的取值。

在钢纤维混凝土复合单向板研究的基础上,采用不同的拼接形式,将单向板连接成双向板。通过对比不同拼缝拼接板的力学性能发现,插入式锚固的延性最好;采用两倍受力主筋间距的螺栓连接方式的刚度最大;搭接焊的承载力最大。插入式锚固、螺栓锚固及搭接焊锚固均能满足连接要求,螺栓锚固的强度和刚度最大。

为了研究不同钢纤维掺量、不同胶凝材料组成对混凝土残余弯拉强度的影响,根据金属纤维混凝土测试方法测试了钢纤维掺量为30kg/m^3与40kg/m^3的新型连续端钩型钢纤维增韧混凝土的载荷和切口张开位移值(CMOD)或挠度曲线图。试验结果表明,随着钢纤维掺量的增加,钢纤维混凝土残余弯拉强度及极限抗折强度均随之增加;硅酸盐水泥复掺硫铝酸盐水泥的钢纤维混凝土残余弯拉强度及极限抗折强度较普通钢纤维混凝土有所降低。钢纤维掺量的提高有助于提高混凝土的增强阻裂能力。

水封洞库作为国家战略能源储备的重要方式之一,其建设的安全可靠性尤为重要。针对砂岩地区地下水封洞库围岩结构的特殊性,研制了一种适用于砂岩区地下水封洞库的高性能钢纤维喷射混凝土,经过室内力学测试、现场喷射试验,并对比分析了该混凝土与C20普通喷射混凝土衬砌在各开挖时段的应力分布情况。结果表明,该高性能钢纤维喷射混凝土具有良好的综合性能,其抗压、抗折和黏接强度等均满足水封洞库围岩支护的稳定性等各项要求。

研究了超高性能纤维混凝土(UHPFRC)中纤维不均匀分布对材料性质的影响,基于使用的钢纤维的磁感效应,无损的磁探针电感检测法可以检测超高性能混凝土构件中钢纤维的二维平面以及三维空间分布。将这种无损检测方法应用于超高性能混凝土棱柱体试样,通过放置磁性探针在棱镜的侧表面,也即抗弯测试中的顶部和底部表面来测量电感,从而得到纤维分布的定量参数。通过无损检测得到纤维分布,并由四点抗弯试验和基于截面的图像分析得到了验证。试验还表明,是否采用振动成型将影响棱柱体试样中的纤维分布。添加3%体积率钢纤维的超高性能混凝土棱柱体,在振动成型条件下,有着更高的电感数据、单位面积纤维数和更高的抗弯强度。

根据Weibull统计分布理论推导了钢纤维混凝土(SFRC)的损伤本构模型,基于试验数据得到了SFRC模型参数。利用ANSYS软件在细观上建立钢纤维混凝土立方体试件有限元模型,并对其单轴压受力下的力学性能和破坏状态进行了数值模拟,研究钢纤维长径比对钢纤维混凝土抗压强度的影响。结果表明,SFRC细观模型能较好的模拟单轴受压下混凝土的静力学性能和损伤破坏。