基于沈阳轨道交通9号线盾构隧道工程管片的实际受力,进行了无筋钢纤维混凝土偏心受压试验,分析了构件在偏压作用下的断面应力分布、裂缝发展及破坏规律,提出了适合该类构件的计算方法。试验结果表明,无筋钢纤维混凝土构件在相对偏心距大于0.5后承载力急剧下降,即该类构件适用于相对偏心距较小的情况。在构件受力全过程中,混凝土受压区段均处于弹性状态。基于试验结果,提出了修正受压区应力分布状态的无筋钢纤维混凝土偏压正截面计算方法,明确了受压区纤维混凝土强度系数的取值。

在钢纤维混凝土复合单向板研究的基础上,采用不同的拼接形式,将单向板连接成双向板。通过对比不同拼缝拼接板的力学性能发现,插入式锚固的延性最好;采用两倍受力主筋间距的螺栓连接方式的刚度最大;搭接焊的承载力最大。插入式锚固、螺栓锚固及搭接焊锚固均能满足连接要求,螺栓锚固的强度和刚度最大。

为了研究不同钢纤维掺量、不同胶凝材料组成对混凝土残余弯拉强度的影响,根据金属纤维混凝土测试方法测试了钢纤维掺量为30kg/m^3与40kg/m^3的新型连续端钩型钢纤维增韧混凝土的载荷和切口张开位移值(CMOD)或挠度曲线图。试验结果表明,随着钢纤维掺量的增加,钢纤维混凝土残余弯拉强度及极限抗折强度均随之增加;硅酸盐水泥复掺硫铝酸盐水泥的钢纤维混凝土残余弯拉强度及极限抗折强度较普通钢纤维混凝土有所降低。钢纤维掺量的提高有助于提高混凝土的增强阻裂能力。

水封洞库作为国家战略能源储备的重要方式之一,其建设的安全可靠性尤为重要。针对砂岩地区地下水封洞库围岩结构的特殊性,研制了一种适用于砂岩区地下水封洞库的高性能钢纤维喷射混凝土,经过室内力学测试、现场喷射试验,并对比分析了该混凝土与C20普通喷射混凝土衬砌在各开挖时段的应力分布情况。结果表明,该高性能钢纤维喷射混凝土具有良好的综合性能,其抗压、抗折和黏接强度等均满足水封洞库围岩支护的稳定性等各项要求。

研究了超高性能纤维混凝土(UHPFRC)中纤维不均匀分布对材料性质的影响,基于使用的钢纤维的磁感效应,无损的磁探针电感检测法可以检测超高性能混凝土构件中钢纤维的二维平面以及三维空间分布。将这种无损检测方法应用于超高性能混凝土棱柱体试样,通过放置磁性探针在棱镜的侧表面,也即抗弯测试中的顶部和底部表面来测量电感,从而得到纤维分布的定量参数。通过无损检测得到纤维分布,并由四点抗弯试验和基于截面的图像分析得到了验证。试验还表明,是否采用振动成型将影响棱柱体试样中的纤维分布。添加3%体积率钢纤维的超高性能混凝土棱柱体,在振动成型条件下,有着更高的电感数据、单位面积纤维数和更高的抗弯强度。

为改善混凝土脆性、易开裂缺点,提高纤维与混凝土的黏结强度,同时提高混凝土强度,综合考虑三者的基础上,采取在混凝土中掺入钢纤维,并使用磁化水代替普通水,制备磁化水钢纤维混凝土,进行三种水流速度和四种钢纤维体积率条件下的抗折强度试验。试验结果表明,对于普通水和磁化水钢纤维混凝土,抗折强度均随钢纤维掺量的增加而增大;磁化水能有效提高钢纤维混凝土的抗折强度;当钢纤维体积率为1.8%,水流速度为2.1m/s时抗折强度提高幅度较大,增长率为27.38%。

为研究钢纤维混凝土的弯曲韧性,按照CECS 13:2009对不同纤维体积掺量(Vf=0、1%、2%、3%)、不同纤维长度(Lf=13mm、6mm)的钢纤维混凝土梁进行了四点弯曲试验。结果表明,掺加钢纤维对混凝土的抗压强度影响很小;随着纤维掺量的增加,SFRC梁的承载力提高、韧性增强、荷载-挠度曲线也更饱满,特别是当纤维长度为13mm时;根据荷载-挠度曲线提出了一种确定初裂点的方法 ,结果表明该方法可以有效判定初裂点的位置。

根据Weibull统计分布理论推导了钢纤维混凝土(SFRC)的损伤本构模型,基于试验数据得到了SFRC模型参数。利用ANSYS软件在细观上建立钢纤维混凝土立方体试件有限元模型,并对其单轴压受力下的力学性能和破坏状态进行了数值模拟,研究钢纤维长径比对钢纤维混凝土抗压强度的影响。结果表明,SFRC细观模型能较好的模拟单轴受压下混凝土的静力学性能和损伤破坏。