以钢纤维在受力方向均匀分布的纤维混凝土板为模型,对不同载荷、不同纤维长径比的几个算例进行了ANSYS有限元分析。各个情况下纤维和基体应力和应变情况的对比研究表明,裂纹的开裂扩展由基体的材料性能决定,纤维混凝土与基体材料具有相同的弹性阶段,纤维的作用在基体开裂后才能得到充分发挥。此外,纤维在混凝土硬化过程中的主要效应为降低塑性裂纹和内部微裂纹的数量和尺度,提高混凝土材料介质的连续性,并最终改善混凝土的综合性能。

根据弯曲和拉伸组合作用下的单根纤维的受力状态,提出了细观变位约束模型以求解承受轴拉的随机各向分布纤维增强混凝土的力学性能。将单根随机纤维的理论解在三维空间进行积分运算,有效描述了受拉纤维混凝土开裂后的受力过程,并给出了复合材料拉伸应力与裂纹张开位移、纤维倾斜角的函数关系,绘制的合成纤维混凝土曲线与试验结果有较好的一致性。

利用ANSYS有限元软件,通过对检查井结构进行整体建模和计算,对已确定尺寸和配筋的预制混凝土盖板进行了重点分析。分析结果表明,预制混凝土盖板内钢筋应力小于屈服应力,且混凝土的抗拉、抗压强度均满足要求。

进行了5根钢筋增强PP ECC梁及1根钢筋混凝土梁的滞回性能试验研究,试验的主要参数为纤维掺量,龄期及配筋率。试验表明,PP ECC梁的破坏形态与普通混凝土明显不同,极限状态时,其裂缝宽度控制在0.3mm以内,未出现压碎现象。极限承载力随着配筋率的增加而增加,而延性呈缓慢下降趋势。随着龄期的增长,承载力呈上升趋势,延性有所下降。在试验参数范围内,纤维掺量对其滞回性能影响总体不大。与普通钢筋混凝土相比,其耗能能力为其2.4倍左右。试验结果证实PP ECC对于提高构件或结构的抗震能力有明显效果。

利用液化机理研究了具有应变强化和多重裂纹破坏特征的超强韧性聚丙烯纤维混凝土的配合比设计。使得水泥基复合材料的工作度和力学性能在施工现场大批量生产条件下与实验室内小规模生产条件下保持接近。通过不同颗粒级配的控制、混合次序、时间间隔的调整以及不同类型添加剂的使用,给出了生产应变强化功能的超强韧性纤维混凝土材料的方法。最后研究了拉伸试件多重裂纹破坏后的自修复现象。

采用5根PP ECC柱和1根普通混凝土柱进行轴压试验研究,主要研究不同龄期、纤维掺量、配筋率对轴压性能的影响。试验表明,PP ECC柱的破坏形态与普通混凝土明显不同,极限状态时,呈现多细密裂纹,未出现混凝土压碎现象。在配筋率试验参数范围内,承载力随配筋率增加而增加,而延性呈缓慢下降趋势。随着龄期的增长承载力呈上升趋势,延性呈下降趋势。

根据ECC复合材料微观结构中缺陷的随机分布性质,给出细观统计力学分析计算模型。该模型可用来求解工程水泥基复合材料(ECC)硬化后的应力-应变曲线并真实地反映多重裂纹稳态断裂破坏过程中裂纹形成的顺序和荷载波动的特点。计算结果较好地证实了含有人造Norlite缺陷的ECC复合材料的延性特征。