纤维对混凝土材料增强模型研究

郑 文 春

(福建璟榕工程建设发展有限公司，福建 福州 350000)

纤维对混凝土材料增强模型研究

郑 文 春

(福建璟榕工程建设发展有限公司，福建 福州 350000)

混凝土中加入纤维的作用主要是增强与增韧作用，研究了混凝土中纤维的加入对基体混凝土的作用，得到了纤维增韧的力学模型，推导出了单根模型增韧指针，在此基础上开发了多纤维模型，具有较高的工程应用价值。

纤维,混凝土,模型

1 概述

混凝土中加入纤维的作用主要是增强与增韧作用[1-4]，于是有必要研究混凝土中纤维的加入与基体混凝土材料的结合作用，本文根据三层模型，推导出的单根模型增韧指针[5]，得到了钢纤维等硬纤维可以加入基体材料较硬(混凝土标号高)的混凝土中,而聚丙烯纤维等软纤维一般可以加入基体材料较软(混凝土标号低)的混凝土中，这将在工程应用中取得较好的应用效果。

2 纤维对混凝土材料增强模型

在混凝土材料微裂纹模型研究中，实际上研究的内容是界面上裂纹奇异性，然而，混凝土中加入纤维的作用主要是增强与增韧作用。于是有必要研究混凝土中纤维的加入对基体混凝土的作用。

所研究的问题的力学模型如图1所示,裂纹和纤维共处于外加应力场σ0作用下,为简化,只考虑平面应变或者应变情况。本文只考虑Ⅰ型裂纹问题。假定不含纤维时外加应力场在裂纹尖端所引起的Ⅰ型应力强度因子为K0，由于纤维的作用,近裂尖的应力强度因子发生改变,用K1表示。ΔK=K1-K0。若ΔK<0，表示纤维对裂尖场有屏蔽(即增韧)作用。

对于此模型中的基体材料中的裂纹，可以采用：

(1)

其中：

其中，Ex为纤维的弹性模量;Eh为混凝土基体的弹性模量。

多纤维增强作用模型如图2a)所示，此时，裂纹和纤维仍然共处于外加应力场σ0作用下,为简化,只考虑平面应变或者应变情况。

文献对多纤维增强作用模型如图2a)所示，进行了求解转化(如图2b)所示中的三层模型)，第一层为纤维，第二层为混凝土基体，第三层为纤维复合混凝土材料。给出了解答：

(2)

α2定义为混凝土基体与纤维复合混凝土材料弹性模量的比值。对于单根纤维，可以认为第二与第三层材料一致，于是式(2)就退化为式(1)。

3 纤维对混凝土材料增强模型分析与讨论

[1] 吴佰建,李兆霞,郭 力,等.模拟混凝土破坏过程的微裂纹模型及其应用[J].东南大学学报(自然科学版),2013(5):1034-1038.

[2] 吴佰建.脆性微裂纹材料及构件的损伤跨尺度演化分析理论与计算方法[D].南京：东南大学,2015.

[3] 齐 辉,李范春,周健生，等.考虑初始等距共线微裂纹列影响的Ⅲ型裂纹体的蠕变断裂分析[J].哈尔滨工程大学学报,2001,22(1):87-91.

[4] 张德海,朱浮声,邢纪波，等.混凝土拉伸断裂的细观数值分析[J].计算力学学报,2006,23(1):65-70.

[5] 赵爱红,虞吉林.准脆性材料的细观损伤演化模型[J].清华大学学报(自然科学版),2000,40(5):88-91.

Studyonreinforcedmodelofconcretebyfiber

ZhengWenchun

(FujianJingrongEngineeringConstructionDevelopmentCo.，Ltd,Fuzhou350000,China)

The effect of adding fiber in concrete is the main reinforcing and toughening effects, which are all studied in this paper. The concrete fiber added to the concrete matrix function is presented. We get the mechanics model of fiber reinforced, derived from the single model of toughening pointer. We have also obtain the multi fiber model, which is valuable in engineering application.

fiber, concrete, model

2017-10-08

郑文春(1972- )，男，高级工程师

1009-6825(2017)35-0114-02

TU502

A