摘 要

超高性能混凝土（UHPC）是一种具有优良力学性能的水泥基复合材料。配制了细钢纤维体积掺率分别为0%、0.75%、1.5%和2%的超高性能混凝土，采用直接拉伸实验，研究钢纤维体积掺率对UHPC初裂应变和极限应变、初裂应力和极限应力的影响。研究结果表明：UHPC材料配制时钢纤维存在最小掺率的要求，随着钢纤维掺量增加，UHPC的初裂应力和极限应力增加。在此基础上，设计FRP片材与UHPC柱的单面剪切试验，得到FRP与UHPC界面的粘结滑移曲线，曲线主要由上升段和下降段组成；采用双线性模型拟合界面粘结滑移关系，模型与试验数据符合较好。

关键词：超高性能混凝土；细钢纤维；力学性能；FRP-UHPC界面；粘结滑移

Abstract

Ultra-high performance concrete （UHPC）is a kind of cement-based composite material with excellent mechanical properties.Respectively, the allocation of fiber volume ratio of 0,0.75%, 1.5% and 2% of the ultra-high performance concrete，Design a direct tensile test，research the effect of steel fiber volume fraction on the initial strain and ultimate strain of the material.The results show：UHPC materials have the minimum rate requirements；The initial crack stress of the concrete with the steel fiber is obviously increased；The ultimate stress of UHPC material increases with the increase of volume fraction。On this basis, the design of FRP and UHPC components of the interface of the single-sided shear test，the interface slip bond curve between FRP and UHPC was obtained，The curve consists mainly of ascending and descending segments；Bentilinear model is used to fit the interface bond slip constitutive relation，The model is in good agreement with the test data.

Key Words：Ultra - high performance concrete；Steel fiber；Mechanical property；FRP-UHPC interface；Bond-slip

目录

第1章 绪论 1

1.1 超高性能混凝土简介 1

1.2 FRP与UHPC构件界面粘结性能 2

1.3 本文的研究内容 2

第2章 超高性能混凝土的单轴拉伸性能 3

2.1 UHPC原材料与配合比 3

2.2 UHPC材料制备 4

2.3 试件尺寸及试验方法 5

2.4 数字散斑测量法 6

2.4.1散斑的制作方法 6

2.4.2试验过程 6

2.4.3试验数据 7

2.5 实验结果与分析 7

2.7 本章小结 10

第3章 FRP与UHPC构件界面粘结性能试验 11

3.1试件设计 11

3.2 测试装置及试件尺寸 11

3.3 试验过程 12

3.4 理论分析 15

3.5 数据分析 17

3.5.1界面粘结剪应力—滑移曲线 17

3.5.2界面粘结剪应力—滑移模型 18

3.6 结论 20

第4章 结论与展望 21

4.1全文总结 21

4.2展望与建议 21

参考文献 22

致谢 23

第1章 绪论

1.1 超高性能混凝土简介

混凝土是实际应用中用处最广、用量最大的建筑材料,在工程建设中发挥了重要的作用。随着现代土木工程结构的不断发展，对混凝土性能提出了诸如高强度、高韧性、高耐久性和低收缩性等高要求。超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，简称UHPC）是一种同时具有超高强度、高韧性和高耐久性等多方面特点的水泥基复合材料。采用UHPC作为建筑材料可使混凝土构件的尺寸和自重显著降低，抗震性和耐蚀性提高。因此，UHPC较多地应用在海洋工程、道路、桥梁和国防设施等方面。

UHPC典型的拉伸应力-应变曲线如图1.1所示。由图可得，UHPC单轴受拉过程经历3个阶段：

1. A点之前是弹性阶段，A点对应初裂强度，在拉伸曲线上初裂特征点A的坐标为。

（2）曲线AB段是多元裂缝持续发展的应变硬化阶段。应变硬化过程中能耗较高，可以改善材料本身的延性和韧性。应变硬化阶段对应在曲线上的峰值应力特征点B的坐标为。

（3）在B段之后的曲线软化段，宏观裂缝宽度增长，应力逐渐下降。

图1.1 UHPC单轴受拉应力—应变曲线

国内外学者研究了UHPC的组成与配比、制备工艺、养护方式和力学性能等。法国Lafarge公司较早发明了采用细钢纤维和超密实基体材料配制的UHPC材料，应用于各种桥梁、车站站台、屋顶等，该材料的强度比传统混凝土高4～8倍。除此之外，美国联邦公路局(FHWA)对UHPC开展了较系统地研究，对其拉伸、压缩、弯曲等力学性能进行了全面测试。还有，Mostafa Fakharifar等对高性能纤维增强水泥复合材料进行了广泛的实验研究。 研究主要集中在纤维增强混凝土上，包括针对包含不同体积纤维的这种高性能复合材料的力学性能（抗压强度和弯曲强度）和抗冲击性的实验。得出以下结论：1）高性能纤维增强水泥复合材料的压缩和弯曲强度，以及初裂和极限冲击强度遵循正态分布。2）高性能纤维增强水泥复合材料的弯曲强度和抗压强度之间存在线性关系。3）统计数据分析显示增加纤维含量可以显著改善高性能纤维增强水泥复合材料的力学性能。

国内黄政宇等人采用控制变量法，制作了不同水灰比，砂灰比的钢纤维混凝土模型，并在不同的养护条件下进行养护，模型养护完成后对模型进行抗压强度、抗折强度等多种力学试验。最后发现三种不同的养护条件下,高温养护之后的模型的抗压强度最高,标准养护最低，热水养护处于两者之间。史才军等研究了纤维掺率、类型和形状对UHPC抗压强度的影响，并绘制相应的应力-应变曲线。发现当钢纤维体积掺率小于3%时，UHPC 的抗压强度和弹性模量随着掺率的增加都逐渐增大，在掺率在3%时，各项力学指标达到最大。除此之外，史才军等人还研究了纤维种类（诸如长纤维，短纤维和微纤维）的不同对UHPC 构件本身劈裂抗拉强度和轴心抗拉强度的影响，研究发现短纤维对劈裂抗拉强度的增强效果明显强于其他纤维，微纤维的增强效果最低。

1.2 FRP与UHPC构件界面粘结性能