文摘

尽管混凝土在单轴压缩下的力学性能是重要的设计混凝土结构,目前的设计规范或其他经验方程有明确限制机械性能的预测。各种类型的纤维增强活性粉末混凝土矩阵测试让更有用、准确估计方程为超高强度混凝土力学性能。研究矩阵有抗压强度200 MPa范围从30 MPa。超高强度混凝土是由活性粉末混凝土的方法。防止脆性破坏这种类型的矩阵,钢纤维。钢纤维的体积分数范围从0到2%。从测试结果,钢纤维显著提高延性,超高强度的强度和刚度矩阵。它们与之前进行了量化研究混凝土单轴载荷作用下的材料特性。估计方程的适用性对混凝土的力学性能与本研究的测试结果评估。的评估,进行回归分析,提出了新的估计方程。 And these proposed equations were applied into stress-strain relation which was developed by previous research. Ascending part, which was affected by proposed equations of this study directly, well fitted into experimental results.

1。介绍

混凝土的抗压强度是一个重要的参数设计中根据现行钢筋混凝土结构设计标准(1]。近年来,基于性能的设计已经越来越多地使用,伴随多样性的增加使用的混凝土和钢筋类型和优势。因此,预测混凝土的抗压强度等力学性能已成为重要的使用各种类型的材料,因为这些参数控制混凝土的应力-应变行为。以前的研究中所开发的混凝土应力-应变模型(2- - - - - -11)和广泛使用是基于系数确定的实验。这些应力-应变关系不能没有额外的调查,因为许多系数用于混凝土的应力-应变关系是由有限数量的实验。原因是有力量的极限范围,这样的模型是适用的,这取决于测试的条件进行开发这些模型。因此,一个方程用于估计超高强度纤维增强混凝土的力学性能。这些方程可以作为依据描述这种材料的应力-应变关系,甚至超越极限的当前使用的经验公式或代码的规定。

通常,普通强度混凝土构件设计使用矩形应力块参数下的挠曲。目前的设计规范提供的矩形块压力参数简化设计方法。然而,这些压力块半经验的参数。他们是由测试钢筋混凝土柱和他们有明显的局限性。矩形压力块可以使用,因为混凝土的应力-应变关系的形状类似于梯形。然而,混凝土应力-应变关系变成了三角形的形状作为混凝土抗压强度的增加。出于这个原因,矩形应力块参数取决于混凝土的抗压强度。对混凝土的抗压强度高于76 MPa,矩形块压力参数和ACI318 [1分别由0.85和0.65)是有限的。然而,在这种情况下,混凝土极限应变与峰值应力的关系应该又检查了一遍。因为高强度混凝土通常与脆弱的方式失败,他们就无法体验轻微和压应力逐渐降低。它可能会导致意想不到的失败下曲,尤其是对超高强度混凝土构件。

使脆弱的和意想不到的失败下的超高强度混凝土矩阵压缩更多的韧性,钢纤维可以包含在矩阵。加入钢纤维可以改变爆炸失败的超高强度混凝土,并提供更多的抗拉强度和可变形性12]。所以通常可以用于超高强度钢纤维混凝土矩阵。

超高性能混凝土通常有更高的抗压强度和抗拉强度比普通强度混凝土(13,14]。应力分布形状的压缩和拉伸强度的影响下混凝土断面设计中应当考虑。许多相关设计准则提出了超高性能混凝土受弯构件的设计方法,但他们的安全应该调查和更简单的方法来设计部分应当被发现。因此,在这项研究中,各种类型的压力块和分销组合评估实验结果和以往的研究结果。

2。超高强度钢纤维增强混凝土的压缩测试

在这项研究中,压缩测试圆柱混凝土标本与抗压强度的范围30 - 200 MPa进行推导方程,可以安全地用于评估混凝土的力学性能甚至超越极限强度设计标准中给出。测试结果进行了分析,确定混凝土的应力-应变关系在一系列设计具体的优势和比较他人描述现有的关系方程。重要的力学性能与混凝土抗压载荷作用下的应力-应变关系,在这项研究中被认为是弹性模量、stress-to-matrix强度比、最大应力和应变。

2.1。实验设计

根据先前的研究在混凝土和纤维增强混凝土的力学性能2- - - - - -11),力学性能,确定纤维增强混凝土的应力-应变关系取决于混凝土强度的纤维含量和比例矩阵。因此,混凝土的抗压强度矩阵和钢纤维的内容在本研究中是很重要的参数。抗压强度范围被认为是30 - 200 MPa。因为很难使抗压强度超过100 MPa,我们使用活性粉末混凝土(RPC)钢纤维增强混凝土矩阵。

钢纤维的体积比例混合成具体的批次0.5%到2%,以确保改善混凝土的结构性能和添加纤维后混凝土的和易性。五个圆柱形标本(φ100×200毫米大小)为每个混合生产。使用2405 KS F[执行加载15]。试样的应变率使用压缩机计测量。表1列表中使用的混合测试。

2.2。实验结果对钢纤维增强活性粉末混凝土的力学性能

图1显示了典型的应力-应变关系的钢纤维增强粉混凝土缸标本。根据图1钢纤维可以增加延性和脆性基体强度。因此,最重要的调查应增加延性和强度矩阵根据钢纤维的加入。所以我们列出了测试结果的弹性模量、最大应力和应变的最大应力在表显示材料的韧性和强度2。

显示的值是五个样本的平均值从每个混合。试验结果表明,钢纤维显著影响相关材料的延性性质。图2显示趋势的参数弹性模量与应变峰值强度对钢纤维含量。

设计优点的混合30,80,100,150,和200 MPa钢筋与纤维体积的2%表现出抗压强度提高7.5%,10.2%,11.5%,8.7%,和9.2%,分别。最大应力应变增长了29.4%,27.8%,23.5%,20.6%,和10.6%,纤维体积分数分别为2%。在峰值应力应变的增加相比显著增加强度。显著增加引起的应变在峰值应力的约束影响钢纤维沿着试样轴裂纹的形成,如图3纤维增强标本的失败方面。

这种增强效应的应变峰值应力显示在所有的情况下的抗压强度矩阵。然而,混凝土的延性增加标本与优势大于100 MPa的增加小于30和80 MPa混凝土的延性。在更高的抗压强度,钢纤维的增强效果的影响提高延性降低。

3所示。估计钢纤维增强活性粉末混凝土的力学性能

我们收集了许多研究的混凝土材料测试结果(30.- - - - - -44和分析他们一起测试这一研究获得的结果来估计所需的重要参数推导出应力-应变关系可以很容易地应用在更广泛的范围内混凝土的优点比先前的研究环绕的范围。收集的数据包括295结果抗压强度增加,134年业绩的最大应力应变,弹性模量和1486年的结果。在这项研究中,纤维的增强效果特点是使用加强指数(RI)与长宽比和其他纤维的物理性能。国际扶轮的价值确定为特定类型的纤维使用(1)。长宽比的纤维,纤维端形状,纤维增强的数量是很重要的参数方程。考虑 在哪里是加强指数,钢纤维体积分数,钢纤维的长度,是钢纤维的直径。

这个词在(1)是一个校正因子对纤维的形状。在这项研究中,我们使用校正因素1、2.0、1.5,连续纤维,钩纤维卷曲纤维,分别对纤维形态的影响,建议在文献[45]。

为了比较提出的评估方法和发现的重要参数钢纤维增强活性粉末混凝土力学特性上我们还收集有关机械特性的经验公式估算混凝土在单轴压缩下的方程。

表3显示了一个方程估算最大应力的应变强化效应的函数的钢纤维混凝土的抗压强度。表4显示了一个方程估计弹性模量。当检验方程关于抗压混凝土和纤维增强混凝土力学特性,最重要的参数是混凝土的抗压强度和(1),加强指数。大部分的方程考虑钢纤维的影响独立于混凝土的抗压强度作为额外的价值。然而,如测试结果所示,增加钢纤维增强活性粉末混凝土的力学性能是混凝土抗压强度的影响。在本节中,我们量化混凝土力学性能的增加率考虑组合矩阵和钢纤维的抗压强度的内容。

3.1。活性粉末混凝土的力学性能矩阵

纤维增强混凝土的弹性模量和最大应力的应变往往决定从方程是基于测试结果nonreinforced混合。这些估计的准确性显著影响的强度范围标本用于推导出方程。弹性模量和价值来源于材料试验的结果进行了在先前的研究30.- - - - - -44),在当前研究中数据所示4和5,分别。相关的方程也显示。表5和6名单的统计参数方程。

如表所示5和图4当前代码规定显示,最高的精度估计的弹性模量。所示为KCI2012统计值,当前韩国设计规范规定,标准偏差不是最低的评估方法。

然而,平均值、变异系数和IAE KCI2012(集成绝对误差)值最小值以及其他预测方法。一般来说,弹性模量的估计方程往往低估了普通强度混凝土的弹性模量和高估高强度混凝土的弹性模量。然而,最高精度KCI2012是因为开发的估计方程为正常提供相对安全的估计强度和高强度混凝土,使用不同的值根据混凝土的抗压强度。因此,即使对于一个超高强度混凝土,不应该有重大问题与使用当前的设计标准中给出的估计方程估算混凝土的弹性模量。

因为最大应力,应变,是一个重要的边界条件定义的应力-应变关系和重要的设计参数,我们也相比之前的研究的结果,这项研究的结果对这个参数。在混凝土的应力-应变关系,先前的研究使用的典型值的最大应力应变是0.002。然而,图5证实了在最大应力应变会增加混凝土的抗压强度。从以前的研究证实,方程的估计采取一个指数函数的形式的抗压强度,低估的增加增加抗压强度。表6证实了这些方程的准确性增加抗压强度范围考虑增加。考虑到柯林斯等人提出的方程。6)管理学院最低和平均值,柯林斯et al。6)方程被认为是适合与高强度混合使用。柯林斯et al。6)方程,见表1,反映了弹性模量的影响。因为我们的分析证实,目前的设计标准中给出的方程收益率最高的精度估计的弹性模量,这个方程是使用柯林斯et al。6)方程来估计。管理学院的结果,减少了8.67%,和实验值的平均比率的估计价值被发现1.02,表明估计的值是安全可靠。

3.2。钢纤维含量对增加抗压强度的影响

图6从先前的研究显示测试结果30.- - - - - -44),从这个研究的影响钢纤维混凝土抗压的增加内容。测试结果的最大应力的增加表示为纤维增强试样的抗压强度的比值non-fiber-reinforced标本的抗压强度。由于纤维增强的平均抗压强度增加了9.7%。然而,对于标本相同的设计抗压强度、抗压强度倾向于增加线性增加比例的纤维。检查分类结果设计的混凝土的抗压强度表明,增加了抗压强度随着纤维含量往往随着设计抗压强度降低。然而,很难确认存在一个明确的关联,因为高度的变化测试结果。特别是,抗压强度增加,纤维含量之间的关系倾向于增加设计抗压强度降低。我们的研究结果表明,抗压强度随着纤维含量的增加达到可比在抗压强度考虑的范围。验证了最大抗压强度提高了10%。

3.3。钢纤维含量对在峰值应力应变的影响

图7说明了钢纤维的影响内容最大应力应变的变化,由以前的研究结果表示,这项研究的结果。在最大应力应变的变化表现出较高的相关性的内容比增加钢纤维的抗压强度矩阵。在我们进行的实验研究的结果在图所示7与之前的研究结果。测试结果表明,对于设计抗压强度80 MPa的混合,钢纤维含量的增加而增加,但对混合的优势超过100 MPa,随纤维含量增加。这种现象尤为重要的标本与设计抗压强度200 MPa。普通强度混凝土表现出了类似的变化根据钢纤维包容。

3.4。钢纤维含量对混凝土弹性模量的影响

提高混凝土的抗压强度是通过均匀化的组成材料和优势。因此,混凝土的弹性模量与混凝土强度增加会增加。的弹性模量测试结果在先前的研究和在我们的研究中检查评估的趋势纤维增强活性粉末混凝土的弹性模量对前面定义的加强指数。图8显示了混凝土的弹性模量分布测试结果根据加强指数。由于弹性模量的影响强度和应变的同时,增加强度和应力表现出类似的趋势。弹性模量增加的程度与纤维增强指数随混凝土抗压强度的增加而降低。然而,平均增长6.5%,比这小的力量或压力。我们的测试结果显示类似的趋势。标本在C80测试组(与设计抗压强度80 MPa)表现出最大的增加在高强度混凝土混合。标本在测试组设计抗压强度大于100 MPa表现出较小的增加和趋势类似从先前的研究中观察到的结果。

4所示。方程估算钢纤维含量的影响力学性能的钢纤维增强活性粉末混凝土在单轴压缩下

钢纤维对混凝土强度的影响改善观察到在测试这一研究获得的结果和以往的研究(30.- - - - - -44)抗压强度范围的量化增量20 MPa,如图9。改进的大小在每个范围确定了从线性回归分析的标本,范围内的数据。回归分析显示为使用模型形式 在哪里钢纤维增强混凝土力学性能,在nonreinforced混凝土力学性能,是加强指数,回归系数。

抗压强度的增加与包容的钢纤维表现出明显的减少趋势与混凝土抗压强度增加。回归分析的结果表明,改进的抗压强度的大小,取决于弹性模量、最大应力应变,混凝土的抗压强度,可以表达的

在上面的方程中,和回归系数。的值和分别被确定为0.29和0.0013,抗压强度的变化;分别为0.52和0.0026,变化;和0.20和0.00092分别为弹性模量的变化。

为了验证的适用性提出了方程预测力学性能的钢纤维增强活性粉末混凝土在单轴压缩下,我们这些方程应用到混凝土单轴压缩应力-应变关系。

大部分的混凝土应力-应变关系是由重要的力学性能,混凝土的弹性模量、峰值应力和应变。先前的研究提出的应力-应变关系。有几种类型的混凝土的应力-应变关系。但在这项研究中,我们调查的方式使用弹性模量预测混凝土的应力-应变关系,因为高强度和超高强度混凝土应力-应变关系取决于弹性模量,因为我们在这个研究调查。第一个混凝土应力-应变关系我们调查由柯林斯等建议。6),另一个是由Attard和Setunge10]。柯林斯等人使用塑性微分作为基本模型和Attard Setunge [10)使用的数学模型来预测应力-应变关系。他们使用混凝土的弹性模量为主要变量预测的应力-应变关系。然而,数学模型由Attard和Setunge建议10)需要更多的拐点等边界条件后经历峰值应力。递减曲线的拐点的应力-应变关系是高度依赖于实验设备。因此,在这项研究中,柯林斯等人提出的应力-应变关系。6)是用于预测的应力-应变关系,利用提出的方程等主要变量的弹性模量和峰值应力应变。柯林斯等建议的应力-应变关系。6可以使用描述 在哪里缸测试得到的峰值应力,时应变到达,曲线拟合系数等于什么,是切线刚度时是零,割线刚度时是,模型前后压力衰减峰值应力。和提出利用数据的高强度混凝土,并没有改变,我们决定使用这两个变量。和可以计算通过使用吗

建议的适用性的验证方程,建立了混凝土应力-应变关系,与实验结果相比。我们可以看到在图10预测的应力-应变关系提升曲线与实验结果。然而,下行曲线预测显示更少的准确性在下行总应力-应变关系的一部分。降应力-应变关系曲线预测的不准确可能会经历设备的刚度的差异造成的。制造更多的精确解,能量吸收能力在压缩追究。

5。结论

在这项研究中,我们进行了材料试验评价超高强度混凝土的性质是由活性粉末混凝土钢筋与钢纤维抗压载荷作用下,我们评估方程的适用性在先前的研究开发用于估计超高强度混凝土的材料特性。这项研究的结果总结如下。(1)压缩non-fiber-reinforced和纤维增强超高强度混凝土试件的试验结果表明,non-fiber-reinforced混凝土标本展出脆性骨折,而纤维增强混凝土标本没有。试验结果表明,加固纤维抵制水平垂直抗压荷载引起的拉力。(2)测试结果证实了钢纤维对混凝土抗压强度的影响,在最大应力应变,弹性模量呈现线性趋势无论抗压强度的混合。抗压强度和弹性模量没有显著影响的加强纤维的混合。然而,相对强劲的应变影响最大应力是证实。(3)混凝土的力学性能,如弹性模量和峰值应力应变,估计精确度高的使用割线模量估算方程提出了在当前的设计标准和柯林斯et al。’s方程,分别。因此,这些方程的适用性在超高强度混凝土范围被确认。(4)回归分析进行本研究的测试结果和以前的研究来描述纤维增强的影响感兴趣的材料特性。分析结果表明,钢纤维的增强效果可以表达的纤维增强指数。(5)分析测试结果证实了有关混凝土混合料的机械性能在给定的强度水平提高纤维增强指数的比例。线性回归分析的力学性能使用相同的方程形式为所有力量的水平。选择方程形式不同的值的回归系数得到每个强度水平。(6)提出了机械性能方程对混凝土在单轴压缩下可以用作应力-应变关系的主要变量。根据比较,提升曲线应力-应变关系到实验结果可以很好。然而,下降的一部分应力-应变关系不能安装,因为预测方法没有考虑能量耗散能力后经历峰值应力。为了构建全方位的纤维增强混凝土的应力-应变关系,边界条件后,应当考虑峰值应力。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究受到了基础科学研究项目通过韩国国家研究基金会(NRF)由科技部,ICT和未来规划(15 ctap-c097470-01和联盟- 2014 r1a1a1005444)。