《纤维混凝土结构》课件PPT资料.pptx
- 文档编号:3689054
- 上传时间:2023-05-02
- 格式:PPTX
- 页数:210
- 大小:4.02MB
《纤维混凝土结构》课件PPT资料.pptx
《《纤维混凝土结构》课件PPT资料.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《《纤维混凝土结构》课件PPT资料.pptx(210页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
显耐著碱提性高环境的碳耐磨性、耐空蚀纤性维、耐石冲棉刷纤性维、抗耐冻碱融玻璃纤维等性和抗渗性有不同程度提高耐腐蚀性和耐老化性与纤维品种和基体特性有关如:
水泥石和细集料料的保护可使基体内部纤维(耐紫外线性能差的合成纤维、易锈蚀的钢纤维)不老化,13,纤维混凝土结构研究生专业选修课,纤维混凝土材料的特性(4):
某些特殊纤维配置的混凝土,其热学性能、电学性能、耐久性能有所变化。
石棉水泥板的绝热性能、耐久性能优良碳纤维混凝土导电性能优良,具有一定“压阻效应”低熔点合成纤维混凝土在火灾中可降低混凝土的爆裂,14,纤维混凝土结构研究生专业选修课,石棉纤维水泥制品发展历史和应用概况1879年问世,1900年,奥地利人发明哈谢克法生产石棉水泥板标志着石棉水泥走向工业化生产主要用于波纹瓦、平板瓦、贴墙板、隔热板、绝缘板、下水管道、电缆管等需采取控制石棉粉尘污染措施,15,纤维混凝土结构研究生专业选修课,玻璃纤维水泥制品发展历史和概况1957年由前苏联彼尤科维奇提出,1964年出版关于玻璃纤维混凝土的专著。
应用的最大障碍是:
普通玻璃纤维在硅酸盐水泥石的碱环境中易腐蚀而性能下降。
耐碱玻璃纤维的开发、降低水泥基材中的含碱量推动了玻璃纤维水泥制品的应用。
16,纤维混凝土结构研究生专业选修课,玻璃纤维水泥制品主要应用领域玻璃纤维水泥波纹板、平板瓦、玻璃纤维水泥墙板、空心墙板、保温复合墙板、永久模板、玻璃纤维水泥管、管衬、现浇空心楼板的圆孔内模等;
中国建材科研院开发的玻璃纤维壳体粮仓结构自重轻、成本低,应用前景良好。
17,纤维混凝土结构研究生专业选修课,钢纤维混凝土发展历史用途最广、用量较大1910年,由H.F.Porter提出1963年,J.P.Romualdi和J.B.Batson关于纤维混凝土增强理论研究报告发表(中国最早提出本版观点),18,纤维混凝土结构研究生专业选修课,钢纤维混凝土发展历史在我国的研究和应用开始于20世纪70年代,自1986年至今,已召开九届纤维水泥与纤维混凝土学术会议(武汉、大连、南京、南昌、郑州、重庆等地);
FRC-10会议已于2004年11月在上海同济大学召开,19,纤维混凝土结构研究生专业选修课,1.3纤维混凝土的工程应用,20,纤维混凝土结构研究生专业选修课,石棉纤维水泥制品玻璃纤维水泥制品钢纤维混凝土合成纤维混凝土,钢纤维混凝土相关规程和行业标准
(1):
钢纤维混凝土试验方法CECS13:
89钢纤维混凝土结构设计与施工规程CECS38:
92纤维混凝土结构技术规程CECS38:
92修订稿,2003.12通过评审,现已颁布,21,纤维混凝土结构研究生专业选修课,钢纤维混凝土相关规程和行业标准
(2):
钢纤维混凝土JG/T3064-1999(中国建筑工业行业标准)铣削钢纤维混凝土应用技术规程DBJ08-59-97(上海市标准),22,纤维混凝土结构研究生专业选修课,钢纤维混凝土主要应用领域
(1):
铺面工程:
公路路面、桥面、机场道面、码头铺面和工业建筑地面等。
提高面板结构的抗裂性、弯拉强度、弯曲韧性、耐冲击、耐疲劳性能,23,纤维混凝土结构研究生专业选修课,钢纤维混凝土主要应用领域
(2):
房屋和桥梁结构、水工结构、特种结构梁、叠合梁的裂缝控制、抗剪增强复杂应力区(悬挑结构、闸门门槽、大坝孔口)的增强抗震框架节点、牛腿、剪力墙的连梁的抗剪增强筒仓、烟囱的裂缝控制桩基承台的抗剪、抗冲切增强,24,纤维混凝土结构研究生专业选修课,钢纤维混凝土主要应用领域(3):
交通隧道、输水隧洞等钢纤维喷射混凝土衬砌、支护防水防渗结构刚性防水屋面、地下室刚性防水层、储水池等预制构件预制桩桩尖、桩顶,大管桩、铁路轨枕、道路井盖,25,纤维混凝土结构研究生专业选修课,钢纤维混凝土主要应用领域(4):
军事工程掩体、防空洞、防护门等修补加固工程大坝坝面修补,路面局部修补或罩面梁、板、柱、墩的加固,26,纤维混凝土结构研究生专业选修课,钢纤维混凝土应用实例
(1):
高层建筑福州华福大厦地上31层,地下2层,八层顶转换层大梁全部采用钢纤维混凝土500m3,使用剪切扭曲型钢纤维近40吨,钢纤维掺量1%。
建成后,效果良好,抗剪能力约提高45%。
27,纤维混凝土结构研究生专业选修课,福州中美大厦地上28层,地下2层,框架-剪力墙中筒结构,内框架梁高仅270mm,梁宽2000mm,为特型宽扁梁。
为保证柱周边板带的抗冲切能力,设计中将板带梁在柱上交汇的方块处加厚为400mm形成柱帽,柱帽处采用钢纤维混凝土。
28,纤维混凝土结构研究生专业选修课,柱帽(加厚为400mm),29,纤维混凝土结构研究生专业选修课,特型宽扁梁,270mmx2000mm,框架柱中美大厦SFRC柱帽,钢纤维混凝土应用实例
(2):
铁路隧道工程西康线椅于山隧道工程采用湿喷钢纤维混凝土钢纤维混凝土抗压、抗拉、抗剪强度大,具有很强的支护功能;
施工简便(一台喷射机和搅拌机),机动灵活,可在高空或狭小工作区间向任意方向施工薄壁结构;
减少施工粉尘;
钢纤维混凝土外有的粗糙具有降低噪音的功能。
30,纤维混凝土结构研究生专业选修课,钢纤维混凝土应用实例(3):
预制构件上海等地预应力管桩和预制方桩的生产在桩头或装尖部分加入钢纤维,增强桩的抗捶击性能和贯穿能力,31,纤维混凝土结构研究生专业选修课,合成纤维混凝土发展历史1965年由S.Goldfein提出用聚丙烯纤维作为混凝土的掺合料,用于美军军工防爆结构1971年英国制定有关聚丙烯纤维混凝土制作管子、管件和薄板的国家标准我国于20世纪90年代初开始研究和应用,32,纤维混凝土结构研究生专业选修课,合成纤维混凝土主要应用领域桥面、路面和地面耐磨性改善外墙抹面、防水屋面、水池、渠道、水工建筑物等抗渗性、抗冻性改善隧洞、护坡的喷射混凝土支护、衬砌高弹模纤维如芳纶纤维、高弹模聚乙烯纤维、高弹模尼龙纤维,用于混凝土的增韧,以提高抗冲击和抗疲劳性能,33,纤维混凝土结构研究生专业选修课,1.4纤维混凝土的发展前景,34,纤维混凝土结构研究生专业选修课,钢纤维混凝土结构(SFRC)钢纤维高性能混凝土(SIFCON,SIMCON等)合成纤维及混杂纤维混凝土碳纤维混凝土及陶瓷纤维混凝土连续纤维和纤维增强聚合物混凝土,纤维增强聚合物混凝土(FRP,FiberReinforcedPolymer)玻璃纤维,碳纤维芳纶纤维,聚合物,连续纤维,组成,环氧树脂其它高强度高粘结性树脂,35,纤维混凝土结构研究生专业选修课,纤维增强聚合物混凝土(FRP,FiberReinforcedPolymer)纤维聚合物布(Cloth)纤维聚合物网(Mesh)分类纤维聚合物板(Board)纤维聚合物筋(Bar),36,纤维混凝土结构研究生专业选修课,应用独立建造轻型结构,用于混凝土结构和砌体结构的补强加固作为筋材和网材代替钢筋,建造混凝土结构和预应力混凝土结构,如:
过街天桥,如:
碳纤维片材(CFRC),如:
碳纤维棒材,37,纤维混凝土结构研究生专业选修课,1.5WHUT主持和参加的研究项目与研究成果
(1),38,纤维混凝土结构研究生专业选修课,碳纤维布加固砌体结构墙片、独立柱的试验研究(2003武汉市重点攻关项目、2003武汉市青年科技晨光计划项目)钢纤维增强钢筋混凝土(SFRC)桩基承台的试验研究和非线性有限元分析(CECS38:
92编制和修订项目),1.5WHUT主持和参加的研究项目与研究成果
(2),39,纤维混凝土结构研究生专业选修课,在役历史建筑砌体结构的碳纤维片材抗震加固研究(2004湖北省自然科学基金项目)CFRP加固钢筋砼框架结构的试验研究和非线性有限元动力分析(横向课题),1.5WHUT主持和参加的研究项目与研究成果(3),40,纤维混凝土结构研究生专业选修课,上下层布式钢纤维砼路面的应用研究(湖北省交通厅建设项目)纤维聚合物快速修复桥面板技术应用研究(交通部攻关项目),第二章纤维混凝土的组成材料及其性能,41,纤维混凝土结构研究生专业选修课,纤维品种及其性能基体分类及其性能,2.1纤维品种及其性能,纤维品种(依弹性模量大小分)低弹模纤维(纤维弹模基体弹纤维模基)本性能,42,纤维混凝土结构研究生专业选修课,表2.1,43,纤维混凝土结构研究生专业选修课,低弹模纤维基本性能,表2.2,高弹模纤维基本性能,低弹模纤维的特点:
45,纤维混凝土结构研究生专业选修课,在基体硬化初期,对基体有明显约束作用;
开裂后,在持久高应力作用下,产生较大的变形,从而使复合体变形显著增加,很难起到微筋材的作用;
纤维泊松比较大,在受到拉伸作用时,横截面急剧变小,丧失与基体的粘结力。
高弹模纤维的特点:
46,纤维混凝土结构研究生专业选修课,明显改善基体的强度和韧性,从而可用于半承重制品,甚至用于承重结构复合体裂后变形性能明显改善,韧性、极限应变均有所提高,2.2基体分类及其性能,47,纤维混凝土结构研究生专业选修课,保证复合材料质量的重要条件:
纤维在基体中分布均匀纤维与基体很好的粘结保证措施:
控制基体的颗粒尺寸(过多过大,阻碍纤维分布均匀;
过少过小,导致基体过分收缩)增大纤维与基体接触的比表面积,改善纤维表面和形状,改善拌合和制作工艺,48,纤维混凝土结构研究生专业选修课,第三章纤维混凝土增强机理,49,纤维混凝土结构研究生专业选修课,概述复合材料力学理论纤维间距理论纤维混凝土的增韧效果及评定方法纤维临界体积率和最小体积率(自学内容),3.1概述,纤维对基体的作用阻裂作用增强作用增韧作用,50,纤维混凝土结构研究生专业选修课,阻裂作用,51,纤维混凝土结构研究生专业选修课,指纤维对新拌混凝土早期收缩裂缝和硬化后收缩裂缝的产生和扩展的阻碍作用。
增强作用主要为对抗拉强度的提高,以pt为控制破坏的如弯拉强度(抗折强度)、抗剪强度也随之提高。
增韧作用韧性指材料在各种受力状态下进入塑性阶段保持一定抗力的变形能力。
纤维混凝土优良的韧性性能适于需要有较大变形适应能力的结构(如弹性地基上的板、围岩的支护等),3.2复合材料力学理论,52,纤维混凝土结构研究生专业选修课,复合材料力学混合律法则:
复合材料的强度和弹性模量等性能符合复合体内各组分性能的弹性叠加原理单向增强理论考虑纤维不连续的影响纤维的方向有效系数纤维分散均匀性的影响开裂阶段纤维粘结性能的影响,3.2.1单向增强理论,53,纤维混凝土结构研究生专业选修课,基本假定基体为各向同性匀质材料纤维沿受力方向均匀平行排列纤维与基体变形协调一致,无相对滑移和错动,复合材料受力简图,54,纤维混凝土结构研究生专业选修课,根据弹性叠加原理有:
式中,Ffc、Ff、Fm分别表示复合体、纤维、基体受的力。
55,纤维混凝土结构研究生专业选修课,根据材料力学原理,经推导可得:
式中,、E、分别表示应力、弹性模量和体积率。
结论:
当纤维掺量较低情况下,复合体的强度和弹性模量的提高是有限的。
56,纤维混凝土结构研究生专业选修课,3.2.2考虑纤维不连续的影响,f,假定纤维沿受力方向平行均匀分布,考虑某一个截面上的受力。
57,纤维混凝土结构研究生专业选修课,不连续纤维一维排列纤维混凝土的受力状态,计算截面上纤维粘结长度平均值(0.5lf+0)/2=lf/4,式中,lf、df纤维长度、直径纤维与基体间粘结应力平均值l有效粘结长度系数,58,纤维混凝土结构研究生专业选修课,因此可得:
59,纤维混凝土结构研究生专业选修课,3.2.3纤维的方向有效系数,如连续玻璃,玻璃纤维布增强水,泥基复通合常板,、纤短维纤在维混凝土纤中维的增排强列墙和板分布是随机拌合的料:
制作的薄板纤维一维定向分布纤维二维定向或乱向分布纤维三维乱向分布,大多数纤维混凝土结构构件,60,纤维混凝土结构研究生专业选修课,纤维方向与复合体受力方向一致,增强效率最佳,纤维方向与复合体受力方向垂直,增强效率最小,61,纤维混凝土结构研究生专业选修课,纤维方向有效系数所有纤维沿纤维方向上的受力在复合体受力方向上投影之和与同体积纤维按复合体受力方向定向排列时的受力之和的比值。
f,F,62,纤维混凝土结构研究生专业选修课,
(1)第一种纤维分布模型,纤维一维定向排列时,纤维二维随机分布时纤维三维随机分布时,63,纤维混凝土结构研究生专业选修课,y,64,纤维混凝土结构研究生专业选修课,x,o,r,d,z,x,d,y纤维二维、三维分布模型,二维随机分布时,假定纤维在圆平面上的任一位置取向概率相同。
x轴为复合体受力轴,纤维与x轴夹角为,于是,在/2象限内,纤维落在角的概率为:
而这点的纤维增强效率为:
(2/)dcos,此时/2象限内的平均增强效率,即方向系数为:
65,纤维混凝土结构研究生专业选修课,三维随机分布时,纤维落在与x轴成角位置上的概率为图中球台侧面面积与半球面积之比,即:
对应的纤维增强效率为:
sindcos,则:
66,纤维混凝土结构研究生专业选修课,
(2)第二种纤维分布模型,假定纤维分布的概率分别为、位置上的概率相等,于是有:
z,67,纤维混凝土结构研究生专业选修课,y,x,纤维三维分布模型II,讨论:
两种模型均很难用试验验证;
纤维方向受试模边壁、骨料界面、浇注振捣、重力效应等因素影响,分布随机性大,很难准确计算出;
上述模型可为考虑纤维的增强效果提供一个分析依据。
68,纤维混凝土结构研究生专业选修课,3.2.4纤维分散均匀性的影响,纤维分散均匀性对增强效果的影响:
(以受弯试件为例)纤维多分布在受拉区增强效果良好纤维分布密度均匀增强效果良好,69,纤维混凝土结构研究生专业选修课,小林一辅提出用统计理论表示纤维分布均匀程度的方法(分散度),纤维分布均匀时,纤维集中到某一分块上,其余各块为零时,纤维分布测定分块图,70,纤维混凝土结构研究生专业选修课,影响纤维分散度的因素:
纤维过于细长带有不利于分散的弯钩纤维体积率过高(当f1.5%时,纤维分,71,纤维混凝土结构研究生专业选修课,增加而降低),散度开始随f骨料粒径偏大拌合物坍落度太低拌合投料顺序和方法不当,纤维分散度对纤维混凝土强度的影响以分散度影响系数表示纤维分散状态对混凝土受力性能的影响,则:
72,纤维混凝土结构研究生专业选修课,3.2.5开裂阶段纤维粘结性能的影响,纤维混凝土开裂前的应力:
基体开裂后:
(纤维从基体中拔出)(纤维被拉断)式中:
k考虑基体开裂后强度下降系数,,73,纤维混凝土结构研究生专业选修课,纤维粘结力与基体强度和纤维的形状及界面特性有关,故:
基体抗拉强度,与纤维粘结效能有关的系数,与纤维品种及形状有关,74,纤维混凝土结构研究生专业选修课,3.3纤维间距理论,75,纤维混凝土结构研究生专业选修课,1963年,由J.P.Romualdi和B.Batson提出建立在线弹性断裂力学基础上基本思想:
混凝土内部有尺度不同的微裂缝、孔隙和缺陷,在施加外力时,孔、缝部位产生大的应力集中,引起裂缝的扩展,最终导致混凝土破坏。
钢纤维掺入脆性基体后,有效提高复合材料受力前后阻止裂缝引发和扩展的能力,达到纤维对基体增强、增韧的目的。
对裂开裂趋缝势尖端产生反向应力场,降低裂缝尖端应力集中程度S纤维间距;
a裂缝半宽Romualdi的纤维约束模型,拉力纤维,76,纤维混凝土结构研究生专业选修课,无纤维时应力强度因复合材料纤实维际掺入使裂缝子尖端产生相反的应力强度因应力强度因子子,总应力强度因子降为:
纤维掺入产生的相反的应力强度因子,沿纤维方向施加的均匀拉应力,纤维对混凝土裂后附加应变的阻力在纤维与基体界面上产生的最大剪应力,SFRC临界应力强度因子,77,纤维混凝土结构研究生专业选修课,若设为:
材料发生断裂破,则纤维混凝土抗拉强度,坏,与裂缝形状有关的常数,定向长纤维平均间距,Romualdi的观点:
SFRC的强度只由纤维的平均间距控制,78,纤维混凝土结构研究生专业选修课,纤维平均间距取决于,纤维的排列分布纤维的方向性,纤维平均间距与体积率的关系:
一维排列:
二维排列:
三维排列:
79,纤维混凝土结构研究生专业选修课,基于纤维间距理论的抗拉强度公式,Sc钢纤维产生增强效果的纤维间距上限值K由纤维粘结强度决定的常数;
对钢丝切断的直纤维,K=4.5对薄板剪切钢纤维,K=5.7,80,纤维混凝土结构研究生专业选修课,结论:
纤维间距低于Sc,纤维的增强效果才得以发挥,即f太低,纤维对抗拉强度起不到改善作用。
增强效果与成正比,与成反比,与纤维和基体的粘结强度成正比。
在一定程度上低估了f的作用。
81,纤维混凝土结构研究生专业选修课,3.4纤维混凝土的增韧效果及评定方法,82,纤维混凝土结构研究生专业选修课,3.4.1纤维混凝土的韧性3.4.2弯曲韧性的评定方法,3.4.1纤维混凝土的韧性,83,纤维混凝土结构研究生专业选修课,定义:
基体开裂后继续维持一定抗力的变形能力,通常用与应力(荷载)应变(变形)曲线下的面积有关的参数来衡量。
纤维的增韧效果,SFRC受拉、受弯受拉区基体开裂纤维继续承担拉力,基体裂缝面间尚有残余应力随裂缝开展,基体缝间残余应力减小,而纤维具有较大的变形能力可继续承担拉力纤维被拉断或从基体中拔出,84,纤维混凝土结构研究生专业选修课,纤维的增韧效果,有关强度和韧性的名词抗折强度(modulusofrupture)抗弯强度弯拉强度(bendingstrength,flexuralstrength)弯曲强度抗弯韧性受弯韧性弯曲韧性(bendingtoughness,flexuraltoughness),85,纤维混凝土结构研究生专业选修课,3.4.2弯曲韧性的评定方法,三分点加载小梁(100100350或400mm)试验评定方法日本土木学会标准JSCEG552美国材料试验学会标准ASTMC1018欧洲规范EF-NARC美国规范ASTMC1520,86,纤维混凝土结构研究生专业选修课,挠度/mm,l/150,韧度指数计算简图,韧度指数:
试件宽、高荷载P/KNT,试件跨度,87,纤维混凝土结构研究生专业选修课,JSCEG552标准,韧度比韧度指数与初裂弯拉强度fftm,cr的比值,88,纤维混凝土结构研究生专业选修课,ASTMC1018-97标准,以初裂挠度的3倍、5.5倍和10.5倍,前P曲线下面积,对初裂时P曲线下面积的比值为韧性系数I5、I10、I20。
对理想弹塑性材料,I5=5、I10=10、I20=20对理想脆性材料,I5=1、I10=1、I20=1对SFRC,越接近理想弹塑性材料的值,则增韧效果越好,89,纤维混凝土结构研究生专业选修课,AA,90,纤维混凝土结构研究生专业选修课,下周自学内容:
第四章钢纤维混凝土的配制与施工原材料(钢纤维、混凝土原材料、钢筋)SFRC配合比设计SFRC施工(搅拌、运输、浇筑和养护)SFRC质量检验,91,纤维混凝土结构研究生专业选修课,第五章钢纤维混凝土基本性能,92,纤维混凝土结构研究生专业选修课,5.1钢纤维混凝土物理力学性能5.1.1钢纤维混凝土拉伸性能5.1.2钢纤维混凝土弯曲性能5.1.3钢纤维混凝土抗压性能5.1.4钢纤维混凝土抗剪性能5.1.5钢纤维混凝土抗折疲劳特性5.1.6钢纤维混凝土徐变和收缩性能,第五章钢纤维混凝土基本性能,93,纤维混凝土结构研究生专业选修课,5.2钢纤维混凝土耐久性,5.2.15.2.2,钢纤维混凝土耐腐蚀性能钢纤维混凝土抗冻性,5.1钢纤维混凝土的物理力学性能,5.1.1钢纤维混凝土的拉伸性能SFRC拉伸变形与破坏特征SFRC轴心受拉应力-应变理论曲线SFRC抗拉强度计算模式,94,纤维混凝土
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 纤维混凝土结构 纤维 混凝土结构 课件
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)