《超高韌性水泥基複合材料(UHTCC)疲勞性能的研究》是依託浙江大學，由李慶華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：超高韌性水泥基複合材料(UHTCC)疲勞性能的研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：李慶華
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
通過材料自身性能的大幅提升進而提高大型基礎設施鋼筋混凝土結構的使用壽命是目前國際上前沿研究熱點之一。在已有學者針對超高韌性水泥基複合材料（UHTCC）的靜力特性開展大量研究的基礎上，本項目著重對這一新型耗能抗裂材料的疲勞特性開展研究。通過開展直接拉伸、單軸拉壓和四點彎曲荷載下的靜力與疲勞試驗，深入了解應變硬化材料UHTCC在反覆循環荷載作用下的纖維橋聯微觀破壞機理，分析多縫開裂條件下具有多個疲勞源的UHTCC材料疲勞損傷演化機制，建立其疲勞累計損傷模型，建立能夠準確描述UHTCC在單軸拉壓疲勞荷載作用下的巨觀力學回響特徵的材料本構關係。然後開展UHTCC構件的循環荷載作用下破壞過程的有限元數值模擬，為開展實際結構的有限元數值模擬和疲勞壽命預測提供實驗基礎和科學依據。項目研究內容為開展UHTCC工程套用、提高結構耐久性和健康服役壽命提供科學依據和新途徑，具有重要的學術意義和工程套用價值。
結題摘要
為推進超高韌性水泥基複合材料UHTCC的工程套用、提高結構耐久性和健康服役壽命，本項目對UHTCC在疲勞荷載下的性能進行了試驗研究。主要研究內容及成果如下： （1）開展了UHTCC的彎曲疲勞性能試驗研究。結果表明：在彎曲疲勞荷載作用下，UHTCC仍表現出多縫開裂特徵，隨應力水平的降低，UHTCC試件裂縫數目減少，二者之間近似呈雙線性關係。UHTCC試件的疲勞破壞表現出延性破壞特徵，其S-N曲線具有雙線性特徵。此外建立了UHTCC的疲勞損傷損傷演變方程。 （2）基於描述疲勞裂紋擴展規律的Paris公式，對UHTCC的疲勞裂紋擴展理論進行了研究，用巨觀裂縫覆蓋面積A作為描述其裂縫發展的參量，通過試驗驗證其適用性。結果表明，疲勞荷載作用下UHTCC預製切口試件有多條裂縫產生，其位置、形狀、長度皆隨機分布；隨纖維摻量的增加，UHTCC試件的疲勞裂紋擴展速率成遞減趨勢；同時當疲勞過程中的斷裂能小於某一臨界值△Jth時，疲勞裂縫不擴展。 （3）針對UHTCC可能的工程套用，對UHTCC/混凝土複合梁進行彎曲疲勞試驗，有以下發現：疲勞荷載作用下，梁截面變形符合平截面假定；同一應力水平下，受壓區高度隨荷載循環次數增加而降低；疲勞荷載下，複合梁的UHTCC層產生若干條可見裂縫，數目隨應力水平降低而減少；疲勞變形曲線呈現三階段發展，變形能力隨應力水平減小而降低。 （4）研究了UHTCC抗壓性能的尺寸效應，對四組不同高厚比UHTCC稜柱體試件的壓縮性能進行了試驗研究，得到了受壓應力-應變全曲線。研究結果顯示抗壓峰值應變εt（名義應變）與真實應變εr關係緊密，具有近似的比例關係。在試驗結果與分析的基礎上提出了一個適用於不同高厚比的UHTCC壓縮應力-應變模型。 （5）通過在常應力幅疲勞荷載作用下UHTCC的疲勞性能試驗，開展了對於UHTCC受壓、受拉和拉壓疲勞性能的試驗研究。分析了UHTCC在疲勞荷載作用下裂縫的發展規律，得到了UHTCC的疲勞S-N曲線方程及p-S-N曲線方程，並探究了UHTCC的疲勞變形性能。
