基于ANSYS的钢纤维钢筋混凝土梁的弯曲静载与疲劳性能分析

摘要

经过大量的试验研究和广泛的实际应用，钢纤维混凝土因其自身优良的抗拉、抗弯、抗冲击和抗疲劳等性能日益受到人们重视，由于在实际中的构件往往承受着复杂的应力应变作用，很容易发生疲劳破坏，促使对疲劳性能的研究成为一个热点问题，本文首先对钢纤维混凝土的增强和破坏机理、弯曲静载工作阶段和疲劳方程进行理论分析，运用有限元软件ANSYS分析钢纤维掺量为0％，0.5％，1.0％的钢筋混凝土简支矩形梁的弯曲静载与疲劳试验过程，研究钢纤维掺量对钢筋钢纤维混凝土梁的承载力及疲劳性能的影响，对比分析试验结果与模拟结果，发现随着钢纤维掺量的增加，梁的跨中挠度、跨中钢筋拉应变、跨中混凝土压应变逐渐降低，其承载力和疲劳寿命逐渐提高，模拟结果与试验结果比较吻合，说明该模拟过程具有参考性。在此基础上，进一步模拟分析钢纤维掺量为0％，0.5％，1.0％对钢筋混凝土T形梁承载力和疲劳性能的影响。
　　钢纤维混凝土具有优良的力学性能，钢纤维的掺入解决了混凝土在阻裂、延性和抗拉等方面的不足，钢纤维不仅可以阻裂混凝土裂缝的开展，还能够改善混凝土的抗疲劳、抗冲击、耐久性和裂后韧性等性能，使混凝土成为拥有一定塑性性能的复合材料，提高了其整体性能。
　　结果表明:在相同荷载作用下，钢纤维含量的增加可以明显提高钢筋混凝土梁的弯曲极限承载力和初裂荷载，减缓梁跨中挠度，钢筋拉应变，混凝土压应变的发展，有效抑制混凝土裂缝的扩展，延长了梁的疲劳寿命，提高了梁的疲劳性能。在钢筋混凝土梁中，掺入适量的钢纤维，对于实际工程具有非常重要的意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题依据

1．2 研究意义

1．3 国内外研究现状

1．4 钢纤维混凝土的实际应用

1．5 存在的主要问题

1．6 研究内容

1．7 技术路线

第2章 钢纤维混凝土基本性能与理论分析

2．1 钢纤维简介

2．2 钢纤维混凝土性能

2．3 钢纤维混凝土增强和破坏机理

2．3．1 钢纤维混凝土增强机理

2．3．2 钢纤维混凝土破坏机理

2．4 钢纤维钢筋混凝土梁正截面工作三阶段和基本假定

2．4．1 第Ⅰ阶段—未裂阶段

2．4．4 正截面承载力计算的基本假定

2．5 疲劳寿命理论

2．5．1 S-N曲线方程

2．5．2 钢纤维混凝土疲劳方程

第3章 钢纤维矩形截面梁弯曲静载性能分析

3．1 参照试验概况

3．1．1 试验参数

3．1．2 试件的分组

3．1．3 试验加载装置

3．2 建模概况

3．2．1 选择模型

3．2．2 本构关系

3．2．3 选取单元

3．2．4 模型生成

3．2．5 网格划分

3．2．6 加载及约束条件

3．2．7 求解

3．3 有限元模拟与试验结果对比分析

3．3．1 破坏现象

3．3．2 承载力结果分析

3．3．3 跨中挠度结果分析

3．3．4 跨中钢筋拉应变结果分析

3．3．5 跨中混凝土压应变结果分析

3．4 本章小结

第4章 钢纤维矩形截面梁疲劳性能分析

4．1 参照试验概况

4．1．1 试件分组

4．1．2 应力水平

4．1．3 疲劳次数N

4．2 S-N疲劳方程

4．3 疲劳性能模拟分析

4．3．1 建模概况

4．3．2 模拟加载方式

4．3．3 模拟结果及分析

4．4 疲劳寿命分析

4．5 本章小结

第5章 钢纤维钢筋混凝土T形梁弯曲静载模拟分析

5．1 建模概况

5．1．1 模型情况

5．1．2 模型静载理论计算

5．1．3 模型分组

5．2 建模步骤

5．2．1 单元选择

5．2．2 模型生成

5．2．3 网格划分

5．2．4 加载及约束条件

5．2．5 求解

5．3．1 SFRC0组破坏形态

5．3．2 SFRC0．5组破坏形态

5．3．3 SFRC1．0组破坏形态

5．3．4 弯曲静载结果分析

5．3．5 跨中挠度结果分析

5．3．6 跨中钢筋拉应变结果分析

5．3．7 跨中混凝土压应变结果分析

5．4 本章小结

第6章 钢纤维钢筋混凝土T形梁疲劳性能模拟分析

6．1 建模概况

6．1．1 试件分组

6．1．2 加载方式

6．3 疲劳性能模拟分析

6．3．1 跨中钢筋拉应变结果分析

6．3．2 跨中挠度结果分析

6．3．3 跨中混凝土压应变结果分析

6．4 疲劳寿命结果分析

6．5 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果