一种纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力数值试验方法

文档序号:9274777阅读:282来源:国知局
一种纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力数值试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力数值试验方法。
【背景技术】
[0002]纤维增强水泥基复合材料因其高延性、高强度等优异性能,成为具有广阔应用前景的建筑材料。与混凝土构件不同,纤维增强水泥基复合材料构件的受剪能力不仅受构件开裂后裂缝面压缩侧的接触咬合作用影响,也受裂缝面拉伸侧的纤维架桥作用影响。为了保证纤维增强水泥基复合材料在工程使用中的安全性,必须对纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力进行研宄,为工程应用提供指导。目前,国内外纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力试验主要采用先单向拉伸至开裂,然后进行面内纯剪试验的方式进行。然而,该试验方式需耗费大量时间且试验的成功率较低。

【发明内容】

[0003]本发明提供一种纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力数值试验方法,其目的在于,克服现有技术中试验方式复杂且成功率低的问题。
[0004]一种纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力的数值试验方法,包括以下步骤:
[0005]步骤1:基于实测所得纤维增强水泥基复合材料构件的最大裂缝宽度与倾角建立剪切格子模型;【如图1所示】;
[0006]【所述剪切格子模型用以表述纤维增强水泥基复合材料构件的裂缝面形态;】
[0007]步骤2:对步骤I所述的剪切格子模型裂缝面压缩侧接触咬合作用引入剪切刚度衰减因子与裂缝宽度存在的约束条件;
[0008]【步骤2所述的约束条件是通过现有技术中的已知试验获得;】
[0009]步骤3:利用有限元软件对步骤I所述的剪切格子模型上下两侧同时施加竖向荷载,从OMPa开始逐级增加,每级0.05MPa,直到测量到的裂缝宽度大于最大裂缝宽度时,停止施加竖向荷载,输出第一剪应力-裂缝宽度关系曲线;
[0010]【所述第一剪应力-裂缝宽度关系曲线反映裂缝面压缩侧接触咬合作用对纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力的影响;】
[0011]步骤4:对步骤I所述剪切格子模型裂缝面拉伸侧的任意位置随机加入短纤维;
[0012]步骤5:对步骤4所述的短纤维引入纤维架桥应力与剪切格子方向应变存在的约束条件;
[0013]【步骤4中所述的约束条件是通过现有技术中的已知试验获得;】
[0014]步骤6:在剪切格子模型上下两侧同时施加竖向荷载,从OMPa开始逐级增加,每级
0.05MPa,直到测量到的裂缝宽度大于最大裂缝宽度时,停止施加竖向荷载,输出第二剪应力-裂缝宽度关系曲线;
[0015]所述第二剪应力-裂缝宽度曲线反映裂缝面压缩侧接触咬合作用与拉伸侧纤维架桥作用对纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力的影响;
[0016]步骤7:将第二剪应力-裂缝宽度关系曲线中裂缝面压缩侧接触咬合作用对纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力的影响去除,得到反映裂缝面拉伸侧纤维架桥作用对纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力影响的第三剪应力-裂缝宽度关系,完成纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力数值试验。
[0017]所述步骤3中使用的有限元软件为ABAQUS软件。
[0018]所述步骤4中加入的短纤维的体积含量范围区间为0.1% -5%。
[0019]进一步,优选为,所述步骤4中加入的短纤维的体积含量范围区间为0.5-2.5%。
[0020]有益效果
[0021]本发明提出了一种纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力数值试验方法,利用最大裂缝宽度与倾角建立剪切格子模型,纤维增强水泥基复合材料构件的裂缝面形态由剪切格子模型表示;基于剪切格子体系单独测量裂缝面压缩侧接触咬合作用对剪应力的影响,再在剪切格子模型裂缝面拉伸侧加入短纤维后,对剪切格子体系施加竖向荷载,去除前述数值试验得到的裂缝面压缩侧接触咬合作用对裂缝面剪应力转移的贡献,得到反映裂缝面拉伸侧纤维架桥作用对纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力影响的剪应力-裂缝宽度关系。本试验方法通过分别考虑裂缝面压缩侧接触咬合作用与拉伸侧纤维架桥作用的影响,且避开了现有技术中的试验方式的不足,可保证数值试验的成功率。本试验方案技术可行,操作简便,并可节省试验成本。
【附图说明】
[0022]图1为应用本发明方法构建的剪切格子模型示意图;
[0023]图2为剪切格子体系裂缝面压缩侧剪切刚度衰减因子-裂缝宽度关系曲线;
[0024]图3为应用本发明方法构建的竖向荷载作用下考虑裂缝面压缩侧接触咬合作用影响的剪切格子模型示意图;
[0025]图4为应用本发明方法对考虑裂缝面压缩侧接触咬合作用影响的剪切格子模型测试得到的剪应力-裂缝宽度关系曲线;
[0026]图5为纤维架桥应力与剪切格子方向应变关系示意图;
[0027]图6为应用本发明方法构建的竖向荷载作用下考虑裂缝面压缩侧接触咬合作用与拉伸侧纤维架桥作用影响的剪切格子模型示意图;
[0028]图7为应用本发明方法对考虑裂缝面压缩侧接触咬合作用与拉伸侧纤维架桥作用影响的剪切格子模型测试得到的剪应力-裂缝宽度关系曲线;
[0029]图8为应用本发明方法得到的反映裂缝面拉伸侧纤维架桥作用影响的剪应力-裂缝宽度关系曲线;
[0030]标号说明:1_最大裂缝宽度,2-裂缝倾角,3-裂缝宽度,4-剪切格子,5-裂缝面压缩侧,6-竖向荷载,7-最大纤维架桥应力,8-裂缝面拉伸侧,9-架桥纤维。
【具体实施方式】
[0031]下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0032]实施例1:
[0033]以某应变硬化水泥基复合材料为例,来详细说明该纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力数值试验。
[0034](a)实测某纤维增强水泥基复合材料构件的最大裂缝宽度与倾角,得到最大裂缝宽度为1.2_、倾角为15ο,进而建立相应的剪切格子模型;
[0035](b)对上述剪切格子模型裂缝面压缩侧接触咬合作用引入剪切刚度衰减因子与裂缝宽度存在的约束条件,约束条件如图2所示;
[0036](c)利用有限元软件ABAQUS对上述剪切格子模型上下两侧同时施加竖向荷载,从OMPa开始逐级增加,每级0.05MPa,直到测量到的裂缝宽度大于最大裂缝宽度时,停止施加竖向荷载,输出如图4所示的剪应力-裂缝宽度关系曲线I,反映裂缝面压缩侧接触咬合作用对纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力的影响;
[0037](d)对上述剪切格子模型裂缝面拉伸侧的任意位置随机加入体积含量1.5%、长度6mm、直径12 μ m的聚乙稀纤维;
[0038](e)对上述聚乙烯纤维引入纤维架桥应力与剪切格子方向应变存在的约束条件,约束条件如图5所示,最大纤维架桥应力为3.0MPa,;
[0039](f)利用有限元软件ABAQUS对上述加入短纤维的剪切格子模型上下两侧同时施加竖向荷载,从OMPa开始逐级增加,每级0.05MPa,直到测量到的裂缝宽度大于最大裂缝宽度时,停止施加竖向荷载,输出如图7所示的第二剪应力-裂缝宽度关系曲线,反映裂缝面压缩侧接触咬合作用与拉伸侧纤维架桥作用对纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力的影响;
[0040](g)将上述第二剪应力-裂缝宽度关系曲线中裂缝面压缩侧接触咬合作用对纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力的影响(第一剪应力-裂缝宽度关系曲线)去除,得到反映裂缝面拉伸侧纤维架桥作用对纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力影响的第三剪应力-裂缝宽度关系,如图8所示,完成纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力数值试验。
[0041]本试验方法通过分别考虑裂缝面压缩侧接触咬合作用与拉伸侧纤维架桥作用的影响,且避开了现有技术中的试验方式的不足,保证了数值试验的成功率。
【主权项】
1.一种纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力的数值试验方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1:基于实测所得纤维增强水泥基复合材料构件的最大裂缝宽度与倾角建立剪切格子模型; 步骤2:对步骤I所述的剪切格子模型裂缝面压缩侧接触咬合作用引入剪切刚度衰减因子与裂缝宽度存在的约束条件; 步骤3:利用有限元软件对步骤I所述的剪切格子模型上下两侧同时施加竖向荷载,从OMPa开始逐级增加,每级0.05MPa,直到测量到的裂缝宽度大于最大裂缝宽度时,停止施加竖向荷载,输出第一剪应力-裂缝宽度关系曲线; 步骤4:对步骤I所述剪切格子模型裂缝面拉伸侧的任意位置随机加入短纤维; 步骤5:对步骤4所述的短纤维引入纤维架桥应力与剪切格子方向应变存在的约束条件; 步骤6:在剪切格子模型上下两侧同时施加竖向荷载,从OMPa开始逐级增加,每级0.05MPa,直到测量到的裂缝宽度大于最大裂缝宽度时,停止施加竖向荷载,输出第二剪应力-裂缝宽度关系曲线; 所述第二剪应力-裂缝宽度曲线反映裂缝面压缩侧接触咬合作用与拉伸侧纤维架桥作用对纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力的影响; 步骤7:将第二剪应力-裂缝宽度关系曲线中裂缝面压缩侧接触咬合作用对纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力的影响去除,得到反映裂缝面拉伸侧纤维架桥作用对纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力影响的第三剪应力-裂缝宽度关系,完成纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力数值试验。2.根据权利要求1所述的一种纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力的数值试验方法,其特征在于,所述步骤3中使用的有限元软件为ABAQUS软件。3.根据权利要求2所述的一种纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力的数值试验方法,其特征在于,所述步骤4中加入的短纤维的体积含量范围区间为0.1% -5%。4.根据权利要求3所述的一种纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力的数值试验方法,其特征在于,所述步骤4中加入的短纤维的体积含量范围区间为0.5-2.5%。
【专利摘要】本发明提出了一种纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力数值试验方法,利用最大裂缝宽度与倾角建立剪切格子模型,纤维增强水泥基复合材料构件的裂缝面形态由剪切格子模型表示;基于剪切格子模型单独测量裂缝面压缩侧接触咬合作用对剪应力的影响,再在剪切格子模型裂缝面拉伸侧加入短纤维后,对剪切格子模型施加竖向荷载,去除前述数值试验得到的裂缝面压缩侧接触咬合作用对裂缝面剪应力转移的贡献,得到反映裂缝面拉伸侧纤维架桥作用对纤维增强水泥基复合材料构件受剪能力影响的剪应力-裂缝宽度关系。本试验方法通过分别考虑裂缝面压缩侧接触咬合作用与拉伸侧纤维架桥作用的影响,且避开了现有技术中试验方式的不足,提高了数值试验的成功率。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN104992030
【申请号】CN201510427279
【发明人】张永兴
【申请人】南京林业大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年7月20日
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1