高延性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料抗震性能分析.pdf

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1、安徽建筑2012年第4期(總185期)-_I。-_‘_j延性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料抗性能分析AnalysisonHighDuctilityFiberStrengthenSeismicPerformanceofCement—BasedComposites許薇，徐貴娥(南通大學(xué)建筑工程學(xué)院，江蘇南通226019)摘要：根據(jù)高延性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料優(yōu)異的力學(xué)性能、多縫開(kāi)裂特征、高延性、高能量吸收能力的特點(diǎn)，從理論上系統(tǒng)分析了高延性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)理及工作過(guò)程。結(jié)果顯示，纖維的加入能極大地提高水泥基體的韌性。阻止破壞裂縫的產(chǎn)生，從而提高結(jié)構(gòu)

2、的強(qiáng)度和延性。達(dá)到抗震減災(zāi)的作用。關(guān)鍵詞：高延性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料；抗震性能；增強(qiáng)機(jī)理中圖分類(lèi)號(hào)：TU377．91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007—7359(2012)04—0153—021概述圖1ECC材料單向拉伸作用下典型應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系圖，s冊(cè)昌∞一囂ECC材料與普通混凝土變形性能比較表1普通水泥混凝土是現(xiàn)代土木領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的建筑材料之一，具有強(qiáng)度高、制備簡(jiǎn)單、耐久性強(qiáng)、成本低廉等特點(diǎn)。但其本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是一典型的脆性材料，抗拉性能極差，在外載作結(jié)用下，容易產(chǎn)生裂縫，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞失效。隨著科技不斷進(jìn)構(gòu)步，人們對(duì)于建筑的要求不斷增高，普通混

3、凝土已不能滿足建設(shè)示。計(jì)造者的要求。針對(duì)這些問(wèn)題，各國(guó)學(xué)者紛紛展開(kāi)研究，其中，在與水泥基震體中摻入各種纖維的辦法，得到了廣泛關(guān)注。從上述學(xué)者的研究成果中可看出，ECC材料的具有超高的研極限拉應(yīng)變，其數(shù)值高達(dá)4％5％，并具有顯著的應(yīng)變硬化特究在這樣的背景下，美國(guó)密歇根大學(xué)的Lj教授和麻省理工應(yīng)的Leung教授【】l基于細(xì)觀力學(xué)和斷裂力學(xué)基本原理提出了高延征。材料在拉伸的過(guò)程中，受拉區(qū)出現(xiàn)大量的微裂縫，且極限荷用載對(duì)應(yīng)裂縫寬度僅在6Om左右，從而實(shí)現(xiàn)其高延性、高安全性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(EngineeredCementitious性和高耐久性的特點(diǎn)。

4、Composite，ECC)的基本設(shè)計(jì)理念。高延性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料l2l具體定義為：使用短纖維增強(qiáng)，且纖維摻量不超過(guò)復(fù)合材料總體積的2．5％，硬化后的復(fù)合材料應(yīng)具有顯著的應(yīng)變硬化3抗震性能分析特征，在拉伸荷載作用下可產(chǎn)生多條細(xì)密裂縫，極限拉應(yīng)變可穩(wěn)定的達(dá)到3％以上。纖維摻量的適中不僅控制了成本，同時(shí)也3．1降低結(jié)構(gòu)自重有利于工程技術(shù)人員大量生產(chǎn)和針對(duì)不同需求進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。地震作用是指地震發(fā)生時(shí)地面運(yùn)動(dòng)加速度引起的房屋質(zhì)量的慣性力。地震作用的大小與地震本身特征、場(chǎng)地狀況及建2基本力學(xué)性能分析重筑物自身等諸多因素有關(guān)，是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題。設(shè)計(jì)中，對(duì)

5、于普通建筑，考慮建筑地震力合力的作用效應(yīng)，并通過(guò)底部剪力法將地震慣性力處理成等效水平地震作用，其高延性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料在拉伸、彎曲等荷載作用表達(dá)式為：下，具有應(yīng)變硬化和多裂縫開(kāi)裂的特性，最大裂縫一般控制在FⅡ(：僅lG(1)0．1mm以下，具有高抗拉性、高延性、高耐久性和高能量吸收能式中：d為相應(yīng)結(jié)構(gòu)基本自振周期的水平地震影響系數(shù)；力，大大提高了普通混凝土的力學(xué)性能。G為結(jié)構(gòu)等效總重力荷載，單質(zhì)點(diǎn)取總重力荷載代表值，多質(zhì)對(duì)于ECC材料，其拉伸性能尤為突出，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，得安點(diǎn)取總重力荷載代表值的85％。到了在單向拉伸荷載作用下的典型應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)

6、系，如圖I所徽對(duì)于高烈度地區(qū)的大跨度和長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)，還應(yīng)考慮豎向地建基金項(xiàng)目：南通大學(xué)自然科學(xué)研究項(xiàng)目(編號(hào)：11z038)震作用，其表達(dá)式為：收稿日期：2012-05—16筑FEvl‘=僅G(2)作者簡(jiǎn)介：許薇(1980一)，女，江蘇南通人，畢業(yè)于揚(yáng)州大學(xué)，碩士；講師，主要從事工程力學(xué)方面的教學(xué)工作。式中：僅一為豎向地震影響系數(shù)的最大值，可取水平地震圜2012年第4期(總185期)安徽建筑雖影響系數(shù)最大值的65％。要求結(jié)構(gòu)同時(shí)具有良好的變形和消耗地震能量的能力，以增強(qiáng)從計(jì)算公式中可以看出，無(wú)論是水平地震作用還是豎向地結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力。震作用，均與結(jié)構(gòu)

7、等效總重力荷載成正比，因此，降低結(jié)構(gòu)的自從ECC材料的力學(xué)特征中可以看出，無(wú)論是受拉、受壓、重，可以減小建筑物在地震時(shí)的慣性力，從而降低建筑物的地受剪、受彎還是承受復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，ECC材料均能在破壞前產(chǎn)震反應(yīng)。另一方面，重力效應(yīng)在房屋倒塌過(guò)程中起著關(guān)鍵性作生顯著變形，其變形能力是普通混凝土構(gòu)件的幾倍甚至幾百倍用，自重越大，P一△效應(yīng)越嚴(yán)重，就更加容易促成建筑物的整體以上，在承受某些特定荷載作用下，其延性能力更是與鋼材接失穩(wěn)而倒塌。因此，抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量采取措施減輕建筑物的近。ECC的高延性能力無(wú)疑是其抗震性能優(yōu)越的重要原因。自重。ECC材料因摻人中量

8、纖維，其水泥基體也大多采用中砂、ECC材料的高延性性能尤其在其材料的塑性變形階段表粉煤灰等細(xì)骨料，自重較普通