• ISSN 0258-2724
  • CN 51-1277/U
  • EI Compendex
  • Scopus 收录
  • 全国中文核心期刊
  • 中国科技论文统计源期刊
  • 中国科学引文数据库来源期刊

超高性能混凝土中钢纤维锈蚀的细观力学分析

舒刚 张清华 黄云 卜一之

舒刚, 张清华, 黄云, 卜一之. 超高性能混凝土中钢纤维锈蚀的细观力学分析[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(6): 1268-1276. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170453
引用本文: 舒刚, 张清华, 黄云, 卜一之. 超高性能混凝土中钢纤维锈蚀的细观力学分析[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(6): 1268-1276. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170453
SHU Gang, ZHANG Qinghua, HUANG Yun, BU Yizhi. Micromechanical Analysis of Steel Fiber Corrosion in Ultra-high Performance Concrete[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(6): 1268-1276. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170453
Citation: SHU Gang, ZHANG Qinghua, HUANG Yun, BU Yizhi. Micromechanical Analysis of Steel Fiber Corrosion in Ultra-high Performance Concrete[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(6): 1268-1276. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170453

超高性能混凝土中钢纤维锈蚀的细观力学分析

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170453
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51578455,51378431,51178394);国家科技支撑计划(2011BAG07B03);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2682014CX078);湖北省交通运输厅科技项目(2017-538-2-4)
详细信息
    作者简介:

    舒刚(1991—),男,工程师,研究方向为钢结构和混凝土结构桥梁,E-mail:shu_gang@foxmail.com

    通讯作者:

    张清华(1975—),男,教授,博士,博士生导师,研究方向为高疲劳抗力钢与混凝土组合结构桥梁,E-mail:swjtuzqh@126.com

  • 中图分类号: U448.38

Micromechanical Analysis of Steel Fiber Corrosion in Ultra-high Performance Concrete

  • 摘要: 为了研究钢纤维体积含量和锈蚀程度对结构强度和变形的影响,通过自行编写Python脚本文件,对ABAQUS软件进行二次开发,实现了钢纤维在超高性能混凝土(UHPC)基体中的大批量随机乱向均匀分布;在此基础上研究了UHPC带缺陷锈蚀模拟方法,进而探索了钢纤维锈蚀的等效方法;最后以UHPC梁四点抗弯试验为例,对UHPC细观力学分析方法、锈蚀的模拟方法和等效手段进行了验证. 研究结果表明:当纤维体积含量为2% 时,UHPC梁的抗弯曲性能最佳;影响锈蚀效应的关键因素为锈蚀造成纤维截面削弱、锈坑附近产生应力集中、界面粘结遭到破坏;采用随机材料属性分配的方式,仅局限于模拟UHPC梁的宏观变形,无法准确模拟应力场分布情况.

     

  • 图 1  RVE中的第i根纤维(Fibre-i)

    Figure 1.  i-th fiber in the RVE

    图 2  随机纤维生成流程

    Figure 2.  Flow chart of random fiber

    图 3  坑蚀特征

    Figure 3.  Pit erosion characteristics

    图 4  椭球形锈坑

    Figure 4.  Ellipsoidal rust pit

    图 5  四点抗弯模型

    Figure 5.  Model of the four-point bending

    图 6  钢纤维三维模型

    Figure 6.  3D model of steel fiber

    图 7  UHPC梁有限元模型

    Figure 7.  Finite element model of UHPC beam

    图 8  纤维分布模型

    Figure 8.  Model of fiber distribution

    图 9  锈蚀钢纤维有限元模型

    Figure 9.  Finite element model of corroded steel fiber

    图 10  随机材料属性有限元模型

    Figure 10.  Finite element model of random material properties

    图 11  荷载-挠度曲线

    Figure 11.  Load-deflection curve

    图 12  抗弯强度

    Figure 12.  bending strength

    图 13  随机材料属性下的Mises应力

    Figure 13.  Mises stress diagram of random material properties

    表  1  锈坑参数

    Table  1.   Pit parameters

    锈蚀程度锈坑深度/mm锈坑宽度/mm
    $1$ 0.08 0.30
    $2$ 0.08 1.10
    $3$ 0.18 0.30
    $4$ 0.18 1.10
    下载: 导出CSV
  • 赵筠,廉慧珍,金建昌. 钢-混凝土复合的新模式——超高性能混凝土(UHPC/UHPFRC)之一:钢-混凝土复合模式的现状、问题及对策与UHPC发展历程[J]. 混凝土世界,2013,52: 56-69. doi: 10.3969/j.issn.1674-7011.2013.05.013

    ZHAO Jun, LIAN Huizhen, JIN Jianchang. A new model of steel concrete composite— ultra-high performance concrete (UHPC/UHPFRC):the current situation,problems and countermeasures of steel concrete composite model and the development of UHPC[J]. China Concrete, 2013, 52: 56-69. doi: 10.3969/j.issn.1674-7011.2013.05.013
    AITCIN P C. High-performance concrete[M]. London: E & FN Spon, 2004: 22-30.
    WILLE K, NAAMAN A E, EL-TAWIL S, et al. Ultra-high performance concrete and fiber reinforced concrete:achieving strength and ductility without heat curing[J]. Materials & Structures, 2012, 45(3): 309-324.
    阎培渝. 超高性能混凝土(UHPC)的发展与现状[J]. 混凝土世界,2010,15: 36-41. doi: 10.3969/j.issn.1674-7011.2010.02.010

    YAN Peiyu. Development and present situation of ultra-high performance concrete (UHPC)[J]. China Concrete, 2010, 15: 36-41. doi: 10.3969/j.issn.1674-7011.2010.02.010
    PIMIENTA P, CHANVILLARD G. Durability of UHPFRC specimens kept in various aggressive environments[C]//10DBMC International Conference on Durability of Building Materials and Components. Paris: [s.n.], 2005: 17-20.
    TOUTLEMONDE F, BOUTEILLER V, PLATRET G, et al. Field demonstration of UHPFRC durability[J]. Concrete International, 2010, 10: 39-45.
    赵军,李洪杰,高丹盈. 锈蚀后钢纤维和钢纤维混凝土的力学性能[J]. 建筑材料学报,2015,18(3): 409-414. doi: 10.3969/j.issn.1007-9629.2015.03.009

    ZHAO Jun, LI Hongjie, GAO Danying. Mechanical properties of steel fiber and steel fiber reinforced concrete after corrosion[J]. Journal of Building Materials, 2015, 18(3): 409-414. doi: 10.3969/j.issn.1007-9629.2015.03.009
    高丹盈,陈刚,HADI M N S,et al. 锈蚀钢纤维力学性能及极限拉伸荷载计算方法[J]. 建筑材料学报,2016,19(3): 436-441. doi: 10.3969/j.issn.1007-9629.2016.03.004

    GAO Danying, CHEN Gang, HADI M N S, et al. Mechanical properties and calculation method for ultimate tensile load of corroded steel fibers[J]. Journal of Building Materials, 2016, 19(3): 436-441. doi: 10.3969/j.issn.1007-9629.2016.03.004
    张研, 张子明. 材料细观力学[M]. 北京: 科学出版社, 2008: 10-15.
    王娟,李庆斌,卿龙邦,等. 基于细观结构统计特征的混凝土几何代表体尺寸研究[J]. 工程力学,2012,29(12): 1-6. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.05.0278

    WANG Juan, LI Qingbin, QING Longbang, et al. Studies on representative volume element size of concrete based on meso-structure statistics[J]. Engineering Mechanics, 2012, 29(12): 1-6. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.05.0278
    王文谈. 超高性能纤维增强混凝土(UHPFRC)的实验研究及低速冲击有限元模拟[D]. 成都: 西南交通大学, 2015.
    徐亦冬. 混凝土中钢筋的不均匀锈蚀特征与本构关系[D]. 南京: 东南大学, 2013.
    中国工程建设标准化协会标准. 纤维混凝土试验方法标准: CECS 13—2009[S]. 北京: 中国计划出版社, 2010.
    杨克家, 李桅, 陈联盟. RPC损伤塑性本构模型建构及应用[C]// 第23届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅱ册). 北京: [出版者不详], 2014: 161-167.
    王文谈, 魏耀富, 蒋晗, 等.超高性能钢纤维增强混凝土力学性能的实验研究[J].应用数学和力学, 2014, 35(增刊1):295-298.

    WANG Wentan, WEI Yaofu, JIANG Han, et al. Mechanical properties of ultrahigh performance steel fiber reinforced concrete[J]. Experimental Study, 2014, 35 (S1): 295-298
    ROSSI P. Development of new cement composite materials for construction[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,Part L:Journal of Materials:Design and Applications, 2005, 219(1): 67-74. doi: 10.1243/146442005X10193
    王发洲,胡曙光,丁庆军,等. 高性能复合道路水泥混凝土的研究[J]. 中国公路学报,2000,13(3): 12-14. doi: 10.3321/j.issn:1001-7372.2000.03.004

    WANG Fazhou, HU Shuguang, DING Qingjun, et al. Research on the high performance composite road concrete[J]. China Journal of Highway and Transport, 2000, 13(3): 12-14. doi: 10.3321/j.issn:1001-7372.2000.03.004
  • 加载中
图(13) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  699
  • HTML全文浏览量:  308
  • PDF下载量:  46
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-06-14
  • 修回日期:  2018-06-20
  • 网络出版日期:  2018-06-22
  • 刊出日期:  2019-12-01

目录

    /

    返回文章
    返回