钢筋钢纤维混凝土梁疲劳性能试验研究及数值分析

摘要

根据相关规范和规程，本文制作了7根相同几何尺寸和配筋率的钢筋钢纤维混凝土梁试件。其中，混凝土设计强度为CF60，梁长3000mm，截面尺寸300mm×150mm，纵筋配筋率1.62％。以钢纤维体积率和应力水平为试验参数，钢纤维体积率分别为0％、0.5％、1％，应力水平分别为0.7、0.6、0.5、0.4。通过钢筋钢纤维混凝土梁试件的疲劳荷载试验，研究其破坏特点和形态，得到不同循环荷载次数下梁的挠度和梁底裂缝的高度、宽度和分布密度等。主要研究内容和结论如下:
　　 (1)钢筋钢纤维混凝土梁刚度退化曲线与钢筋混凝土梁刚度退化曲线形状上相似，呈现明显的三段式，其中第一段和第二段有较明显的分界点，第一段所占的比例为5％～10％，第二段较长;一定掺量的钢纤维能够抑制钢筋混凝土梁裂缝高度和宽度的发展，提高钢筋混凝土梁的寿命;在钢纤维体积率分别为0％、0.5％、1％时，随着钢纤维钢纤维体积率的增大，钢筋混凝土梁疲劳寿命也随之增大。
　　 (2)对比分析了试验测试的钢筋钢纤维混凝土S-N曲线及现有的钢纤维混凝土梁和普通混凝土梁的S-N曲线。钢筋钢纤维混凝土梁的S-N曲线与钢筋混凝土梁、钢纤维混凝土梁的S-N曲线具有相似规律，均呈现线性关系;钢筋钢纤维混凝土梁较适用于高应力水平的荷载条件。
　　 (3)运用ANSYS软件对钢筋钢纤维混凝土梁试件疲劳荷载试验进行了数值模拟，对比试验及计算结果，验证了利用数值模拟预测疲劳荷载下钢筋钢纤维混凝土梁疲劳寿命的可行性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 疲劳性能的研究背景

1．2 国内外混凝土梁弯曲疲劳性能的研究

1．3 国内外钢纤维混凝土梁疲劳性能的研究

1．4 混凝土梁有限元模拟的研究

1．5 本文研究内容

2 试验概况

2．1 试验构件

2．2 试验材料的选取

2．3 试验主要装置及加载方案

2．4 静载试验步骤及疲劳试验步骤

2．5 试验现象及分析

2．5．1 L0疲劳试验现象

2．5．2 L5疲劳试验现象

2．5．3 L3疲劳试验现象

2．5．4 L、L1、L2、L4梁构件的破坏现象

2．6 现象分析

2．6．1 梁跨中在疲劳荷载上限的挠度变化规律

2．6．2 疲劳裂缝高度变化

2．6．3 疲劳宽度裂缝变化

2．7 小结

3 疲劳寿命的理论分析

3．1 经验公式S-N曲线的对比分析

3．1．1 钢纤维混凝土梁的S-N曲线

3．1．2 普通钢筋混凝土梁的S-N曲线

3．1．3 本试验的钢筋钢纤维混凝土梁的S-N曲线

3．1．4 不同类型钢纤维混凝土梁的对比

3．2 疲劳累积损伤理论

3．2．1 疲劳累积损伤有关理论介绍

3．2．2 基于刚度分析应力水平对梁的疲劳寿命的影响

3．2．3 基于刚度分析钢纤维对梁疲劳寿命的影响

4 钢纤维混凝土梁疲劳性能模拟

4．1 钢纤维混凝土模型的建立

4．1．1 材料模型建立的主要内容

4．1．2 模型的网格划分

4．1．3 约束和加载

4．1．4 小结

4．2 钢纤维混凝土梁静载作用下的非线性有限元分析

4．2．1 极限荷载计算值、有限元模拟值和试验值的比较

4．2．2 裂缝形态及开裂荷载的对比

4．2．3 小结

4．3 钢筋钢钢纤维混凝土梁疲劳性能的有限元分析

4．3．1 基于ANSYS软件疲劳分析的有关介绍

4．3．2 试验中的疲劳加载方案和采用的S-N曲线

4．3．3 预测结果及分析

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

个人简历、在校期间学术论文及参与研究项目

致谢