PVA纤维增强水泥基复合材料优化设计及其力学性能研究

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PVA纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)是一种具有假应变硬化性能和超高韧性的新型建筑材料,在2%的纤维体积掺量下极限拉应变稳定地超过3%,极限拉应变时平均裂缝宽度控制在100um以下。优越的拉应变硬化性能使得其能与钢筋变形协调,运用到工程中能大大提高结构的承载能力、抗震性能和耐久性。PVA-ECC已成为土木工程领域的研究热点,本文对PVA-ECC材料的力学性能、PVA-ECC构件的力学性能进行理论分析、试验研究和数值模拟。   1.基于微观力学模型对PVA-ECC的纤维、基体和界面进行优化,提出8种不同配合比并对试件进行单轴压缩试验、弯曲韧性试验,从宏观上分析水泥/粉煤灰、减水剂用量、砂率和纤维体积含量对PVA-ECC力学性能的影响,综合考虑PVA-ECC的单轴抗压性能以及抗弯韧性并确定其最佳配合比为N2’:水泥/粉煤灰/精细石英砂/水/减水剂=0.2/0.8/0.2/0.22/0.008且纤维体积掺量为2%。   2.采用最佳配合比浇注试件并进行钢筋与PVA-ECC的中心拉拔试验,分析锚固长度、钢筋外形对钢筋与PVA-ECC粘结性能的影响,研究钢筋与PVA-ECC的粘结滑移机理,研究表明PVA-ECC与钢筋有较好的变形协调性能,带肋钢筋具有优于光圆钢筋的粘结锚固性能。   3.根据已有试验结果提出PVA-ECC的单轴拉伸本构关系、单轴压缩本构关系、与钢筋的粘结.滑移本构关系,运用有限元软件对钢筋拉拔试验进行数值模拟,将模拟结果与试验结果进行对比分析,验证了三大本构关系的正确性,并详细分析粘结滑移试验中钢筋应力、粘结应力、PVA-ECC应力及裂缝发展情况。   4.基于平截面假定、钢筋与PVA-ECC变形协调、PVA-ECC与混凝土界面粘结牢固等假定,依据弹塑性理论进行钢筋增强混凝土-ECC(ECC/RC)组合梁正截面受弯各阶段内力分析,提出了正截面承载力的理论计算方法,为ECC/RC组合梁设计提供理论参考。
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