CN104992030B - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104992030B CN104992030B CN201510427279.6A CN201510427279A CN104992030B CN 104992030 B CN104992030 B CN 104992030B CN 201510427279 A CN201510427279 A CN 201510427279A CN 104992030 B CN104992030 B CN 104992030B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- composite material
- material component
- fiber
- fracture
- grid pattern
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 239000004568 cement Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 208000010392 Bone Fractures Diseases 0.000 claims abstract description 61
- 206010017076 Fracture Diseases 0.000 claims abstract description 61
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims abstract description 38
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 14
- 208000013201 Stress fracture Diseases 0.000 claims abstract description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 abstract description 7
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 abstract description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 1
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 1
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
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。
Description
技术领域
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
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究，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
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。
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：
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】；
【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；】
步骤2：对步骤1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2所述的约束条件是通过现有技术中的已知试验获得；】
步骤3：利用有限元软件对步骤1所述的剪切格子模型上下两侧同时施加竖向荷载，从0MPa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；
【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；】
步骤4：对步骤1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4中所述的约束条件是通过现有技术中的已知试验获得；】
步骤6：在剪切格子模型上下两侧同时施加竖向荷载，从0MPa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。
所述步骤3中使用的有限元软件为ABAQUS软件。
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％。
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％。
有益效果
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
图1为应用本发明方法构建的剪切格子模型示意图；
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；
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；
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；
图5为纤维架桥应力与剪切格子方向应变关系示意图；
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；
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；
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；
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
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：
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。
(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1.2mm、倾角为15o，进而建立相应的剪切格子模型；
(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；
(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0MPa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1，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；
(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12μm的聚乙烯纤维；
(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,；
(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0MPa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；
(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。
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。
Claims (2)
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1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1所述的剪切格子模型上下两侧同时施加竖向荷载，从0MPa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1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0MPa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；
所述步骤3中使用的有限元软件为ABAQUS软件；
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％。
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4中加入的短纤维的体积含量范围区间为0.5-2.5％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510427279.6A CN104992030B (zh) | 2015-07-20 | 2015-07-20 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510427279.6A CN104992030B (zh) | 2015-07-20 | 2015-07-20 | 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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104992030A CN104992030A (zh) | 2015-10-21 |
| CN104992030B true CN104992030B (zh) | 2018-04-20 |
Family
ID=54303844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510427279.6A Active CN104992030B (zh) | 2015-07-20 | 2015-07-20 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104992030B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106777562B (zh) * | 2016-11-29 | 2018-05-04 | 南京航空航天大学 | 一种确定陶瓷基复合材料强度的方法 |
| CN108647412A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-10-12 | 南京林业大学 | 一种ecc裂缝面纤维架桥应力数值试验方法 |
| CN112257144B (zh) * | 2020-09-29 | 2022-10-28 | 山西省交通科技研发有限公司 | 一种水泥基复合材料弹塑性本构模型及其建立方法 |
-
2015
- 2015-07-20 CN CN201510427279.6A patent/CN104992030B/zh active Active
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Numerical evaluation of concrete members using ultra high performance strain hardening cementitious composites;ZHANG, Yongxing;《Doctoral Dissertation: Nagoya University》;20121231;正文第3-4,37-53页、图4.3- 4.20 * |
| Simplified method for evaluating the behavior of strain hardening cementitious composite flexural strengthening reinforced concrete members;Zhang Yongxing;《Engineering Fracture Mechanics》;20140430;第11-27页 * |
| 应变硬化水泥基复合材料构建剪切破坏评价方法研究;张永兴;《水木工程学报》;20131231;第46卷(第12期);第67-72页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104992030A (zh) | 2015-10-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yan et al. | Push-out tests on J-hook connectors in steel–concrete–steel sandwich structure | |
| CN107575257B (zh) | 用于纤维增强高分子材料杆的锚具系统的锚固方法 | |
| CN104992030B (zh) | 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 | |
| Zeynalian et al. | Structural performance of concrete poles used in electric power distribution network | |
| Dizhur et al. | Pullout strength of NSM CFRP strips bonded to vintage clay brick masonry | |
| Mondal et al. | Tensile characterisation of bamboo strips for potential use in reinforced concrete members: experimental and numerical study | |
| Ferrier et al. | Mechanical behaviour of ultra-high-performance fibrous-concrete wood panels reinforced by FRP bars | |
| Nordin | Fibre reinforced polymers in civil engineering: flexural strengthening of concrete structures with prestressed near surface mounted CFRP rods | |
| Braun et al. | Analyses of the loadbearing behaviour of deep‐embedded concrete dowels, CoSFB | |
| CN103344558A (zh) | 一种frp与混凝土粘结性能小梁试验装置及其试验方法 | |
| Au et al. | Partially prestressed concrete | |
| CN110595884A (zh) | 一种基于双面纯剪的ecc裂缝面剪切应力试验方法及系统 | |
| Cosenza et al. | Bond between glass fiber reinforced plastic reinforcing bars and concrete—Experimental analysis | |
| Takács et al. | Strengthening prestressed concrete beams with carbon fiber reinforced polymer plates | |
| Al-Rousan et al. | Simulating the response of CFRP strengthened shear-keys in composite concrete bridges | |
| Watanabe et al. | Evaluation for flexural-load capacity of prestressed concrete girders with broken tendons | |
| Farnam et al. | Experimental analysis of fracture and damage mechanics of pre-stressed concrete sleepers B70: part B-analysis | |
| Khorsandnia et al. | Application of quasi-brittle material model for analysis of timber members | |
| CN108444814B (zh) | 一种ecc裂缝面剪切应力试验方法 | |
| Weber | Bond properties of a newly developed composite rebar | |
| CN108647412A (zh) | 一种ecc裂缝面纤维架桥应力数值试验方法 | |
| Yapa et al. | Efficient shear retrofitting of reinforced concrete (RC) beams using prestressed deep embedded (DE) FRP bars | |
| ROMANICHEN et al. | Reinforced concrete corbels strengthened with external prestressing Consolos de concreto armado reforçados com protensão externa | |
| CN104790288B (zh) | 钢结构-混凝土板结合桥梁的钢筋配筋结构 | |
| Noël | Behaviour of post-tensioned slab bridges with FRP reinforcement under monotonic and fatigue loading |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20151021 Assignee: Nanjing Yongchuang Municipal Engineering Co.,Ltd. Assignor: Nanjing Forestry University Contract record no.: X2019320000154 Denomination of invention: Testing method for shearing capability numerical value of fiber enhanced cement-based composite material component Granted publication date: 20180420 License type: Common License Record date: 20191022 Application publication date: 20151021 Assignee: Nanjing Xuantong Construction Engineering Co.,Ltd. Assignor: Nanjing Forestry University Contract record no.: X2019320000152 Denomination of invention: Testing method for shearing capability numerical value of fiber enhanced cement-based composite material component Granted publication date: 20180420 License type: Common License Record date: 20191022 |
|
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20151021 Assignee: Nanjing Huayun New Engineering Technology Co.,Ltd. Assignor: NANJING FORESTRY University Contract record no.: X2024980013139 Denomination of invention: A numerical test method for shear capacity of fiber-reinforced cement-based composite components Granted publication date: 20180420 License type: Common License Record date: 20240827 |
|
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |