[發(fā)明專利]一種纖維增強水泥基復(fù)合材料構(gòu)件受剪能力數(shù)值試驗方法

有效

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• 申請日: 2015-07-20
• 公開（公告）號: CN104992030B
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張永興
• 申請（專利權(quán)）人: 南京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所43114
• 代理人: 黃美成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種纖維增強水泥基復(fù)合材料構(gòu)件受剪能力數(shù)值試驗方法。

背景技術(shù)

纖維增強水泥基復(fù)合材料因其高延性、高強度等優(yōu)異性能，成為具有廣闊應(yīng)用前景的建筑材料。與混凝土構(gòu)件不同，纖維增強水泥基復(fù)合材料構(gòu)件的受剪能力不僅受構(gòu)件開裂后裂縫面壓縮側(cè)的接觸咬合作用影響，也受裂縫面拉伸側(cè)的纖維架橋作用影響。為了保證纖維增強水泥基復(fù)合材料在工程使用中的安全性，必須對纖維增強水泥基復(fù)合材料構(gòu)件受剪能力進行研究，為工程應(yīng)用提供指導(dǎo)。目前，國內(nèi)外纖維增強水泥基復(fù)合材料構(gòu)件受剪能力試驗主要采用先單向拉伸至開裂，然后進行面內(nèi)純剪試驗的方式進行。然而，該試驗方式需耗費大量時間且試驗的成功率較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種纖維增強水泥基復(fù)合材料構(gòu)件受剪能力數(shù)值試驗方法，其目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中試驗方式復(fù)雜且成功率低的問題。

一種纖維增強水泥基復(fù)合材料構(gòu)件受剪能力的數(shù)值試驗方法，包括以下步驟：

步驟1：基于實測所得纖維增強水泥基復(fù)合材料構(gòu)件的最大裂縫寬度與傾角建立剪切格子模型；【如圖1所示】；

【所述剪切格子模型用以表述纖維增強水泥基復(fù)合材料構(gòu)件的裂縫面形態(tài)；】

步驟2：對步驟1所述的剪切格子模型裂縫面壓縮側(cè)接觸咬合作用引入剪切剛度衰減因子與裂縫寬度存在的約束條件；

【步驟2所述的約束條件是通過現(xiàn)有技術(shù)中的已知試驗獲得；】

步驟3：利用有限元軟件對步驟1所述的剪切格子模型上下兩側(cè)同時施加豎向荷載，從0MPa開始逐級增加，每級0.05MPa，直到測量到的裂縫寬度大于最大裂縫寬度時，停止施加豎向荷載，輸出第一剪應(yīng)力-裂縫寬度關(guān)系曲線；

【所述第一剪應(yīng)力-裂縫寬度關(guān)系曲線反映裂縫面壓縮側(cè)接觸咬合作用對纖維增強水泥基復(fù)合材料構(gòu)件受剪能力的影響；】

步驟4：對步驟1所述剪切格子模型裂縫面拉伸側(cè)的任意位置隨機加入短纖維；

步驟5：對步驟4所述的短纖維引入纖維架橋應(yīng)力與剪切格子方向應(yīng)變存在的約束條件；

【步驟4中所述的約束條件是通過現(xiàn)有技術(shù)中的已知試驗獲得；】

步驟6：在剪切格子模型上下兩側(cè)同時施加豎向荷載，從0MPa開始逐級增加，每級0.05MPa，直到測量到的裂縫寬度大于最大裂縫寬度時，停止施加豎向荷載，輸出第二剪應(yīng)力-裂縫寬度關(guān)系曲線；

所述第二剪應(yīng)力-裂縫寬度曲線反映裂縫面壓縮側(cè)接觸咬合作用與拉伸側(cè)纖維架橋作用對纖維增強水泥基復(fù)合材料構(gòu)件受剪能力的影響；

步驟7：將第二剪應(yīng)力-裂縫寬度關(guān)系曲線中裂縫面壓縮側(cè)接觸咬合作用對纖維增強水泥基復(fù)合材料構(gòu)件受剪能力的影響去除，得到反映裂縫面拉伸側(cè)纖維架橋作用對纖維增強水泥基復(fù)合材料構(gòu)件受剪能力影響的第三剪應(yīng)力-裂縫寬度關(guān)系，完成纖維增強水泥基復(fù)合材料構(gòu)件受剪能力數(shù)值試驗。

所述步驟3中使用的有限元軟件為ABAQUS軟件。

所述步驟4中加入的短纖維的體積含量范圍區(qū)間為0.1％-5％。

進一步，優(yōu)選為，所述步驟4中加入的短纖維的體積含量范圍區(qū)間為0.5-2.5％。

有益效果

本發(fā)明提出了一種纖維增強水泥基復(fù)合材料構(gòu)件受剪能力數(shù)值試驗方法，利用最大裂縫寬度與傾角建立剪切格子模型，纖維增強水泥基復(fù)合材料構(gòu)件的裂縫面形態(tài)由剪切格子模型表示；基于剪切格子體系單獨測量裂縫面壓縮側(cè)接觸咬合作用對剪應(yīng)力的影響，再在剪切格子模型裂縫面拉伸側(cè)加入短纖維后，對剪切格子體系施加豎向荷載，去除前述數(shù)值試驗得到的裂縫面壓縮側(cè)接觸咬合作用對裂縫面剪應(yīng)力轉(zhuǎn)移的貢獻，得到反映裂縫面拉伸側(cè)纖維架橋作用對纖維增強水泥基復(fù)合材料構(gòu)件受剪能力影響的剪應(yīng)力-裂縫寬度關(guān)系。本試驗方法通過分別考慮裂縫面壓縮側(cè)接觸咬合作用與拉伸側(cè)纖維架橋作用的影響，且避開了現(xiàn)有技術(shù)中的試驗方式的不足，可保證數(shù)值試驗的成功率。本試驗方案技術(shù)可行，操作簡便，并可節(jié)省試驗成本。

附圖說明

圖1為應(yīng)用本發(fā)明方法構(gòu)建的剪切格子模型示意圖；

圖2為剪切格子體系裂縫面壓縮側(cè)剪切剛度衰減因子-裂縫寬度關(guān)系曲線；

圖3為應(yīng)用本發(fā)明方法構(gòu)建的豎向荷載作用下考慮裂縫面壓縮側(cè)接觸咬合作用影響的剪切格子模型示意圖；

圖4為應(yīng)用本發(fā)明方法對考慮裂縫面壓縮側(cè)接觸咬合作用影響的剪切格子模型測試得到的剪應(yīng)力-裂縫寬度關(guān)系曲線；

圖5為纖維架橋應(yīng)力與剪切格子方向應(yīng)變關(guān)系示意圖；