玄武岩纤维增强活性粉末混凝土的断裂性能数值模拟研究

摘要

普通混凝土存在自重大、抗拉强度低、高脆低韧等缺陷，而玄武岩纤维增强活性粉末混凝土作为一种新型建筑材料具有强度高、韧性好、耐磨耐冲击性能好、抗腐蚀能力强等优点。但目前对玄武岩纤维增强活性粉末混凝土性能的研究还处在起步阶段，主要集中于基本力学性能研究方面，对其断裂性能的研究很少，尤其是对其断裂性能的数值模拟研究基本处于空白状态。因此本文针对目前的研究状况开展了玄武岩纤维增强活性粉末混凝土断裂性能的数值模拟研究，具体研究内容如下：
　　本文中的数值模拟研究采用弥散开裂模型，为获得其相关参数，相继开展了立方体抗压、棱柱体轴心抗压、圆柱体劈裂抗拉及三点弯曲梁断裂等试验研究。为研究玄武岩纤维对活性粉末混凝土力学性能的影响，给出了五种（0％、0.5%、1%、1.5%、2%）不同的玄武岩纤维体积掺量。基于试验结果及相关理论，提出了适用于玄武岩纤维增强活性粉末混凝土断裂性能数值模拟的单轴压缩应力应变关系曲线、单轴拉伸软化应力应变关系曲线及断裂能等参数。
　　利用所得参数在ABAQUS有限元分析软件中建立弥散开裂模型，对不同玄武岩纤维体积掺量的三点弯曲梁进行了数值模拟研究，给出了玄武岩纤维增强活性粉末混凝土断裂破坏过程分析及裂纹发展规律，分别得到了加载点荷载—位移(P~δ)和荷载—裂缝开口位移(P~CMOD)的模拟曲线，与试验结果进行对比分析。结果表明：加载点荷载峰值相对偏差在5%左右，加载点最大位移值相对偏差在10%左右，裂缝开口最大位移相对偏差在8%左右。试验结果曲线与数值模拟曲线大体吻合较好，说明所建立的弥散开裂数值模型能够较好地反映出玄武岩纤维增强活性粉末混凝土试件的断裂全过程。
　　在数值模型参数基础上，继续利用ABAQUS有限元软件对玄武岩纤维体积掺量为1%的活性粉末混凝土在不同缝高比、不同高度及不同跨高比等几何参数下进行三点弯曲梁断裂数值模拟分析，得到了加载点荷载—位移(P~δ)和荷载—裂缝开口位移(P~CMOD)的模拟曲线，给出了缝高比、梁高及跨高比不同对断裂性能的影响。结果表明：随着模型试件缝高比、高度及跨高比的变化，其加载点荷载峰值Pmax、裂缝开口最大位移 CCMOD、临界等效裂缝长度aC、加载点最大位移δmax亦随之呈现出一定的规律性变化。

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第1章绪论

1.1 本文的研究背景及意义

1.2 活性粉末混凝土概述

1.3 玄武岩纤维混凝土的研究现状与应用状况

1.4 混凝土断裂性能数值模拟研究状况

1.5 本文的研究内容

第2章 基本理论和方法

2.1 混凝土断裂力学研究发展史

2.2 模拟混凝土开裂的数值模型

2.3 基于弥散裂缝模型理论的计算方法

2.4本章小结

第3章 玄武岩纤维增强活性粉末混凝土数值模拟材料参数的研究确定

3.1玄武岩纤维增强活性粉末混凝土单轴受力应力应变曲线研究分析

3.2玄武岩纤维增强活性粉末混凝土弹性模量及断裂能确定的研究

3.3本章小结

第4章 玄武岩纤维增强活性粉末混凝土的断裂过程数值模拟分析

4.1 ABAQUS有限元软件简介

4.2 数值模拟计算的一般原理

4.3数值模型的建立

4.4 数值模拟分析

4.5 不同几何尺寸三点弯曲梁的断裂数值模拟分析

4.6 本章小结

结论

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及取得的科研成果

致谢