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受益于经济、军事的加速发展,未来我国超高层建筑和防护工程中密集钢筋结构的建造量会大幅增加,这就会大大增加不需振捣的自密实混凝土、尤其是增强了强度、抗冲击性能的“钢纤维自密实混凝土”(Steel fiber reinforced self-compacting concrete,SFRSCC)的需求。本文首先开展了一种新的钢纤维自密实混凝土的研制工作,从配合比设计出发,研究了其工作性能、准静态拉压力学性能;然后,将这种SFRSCC制备成各种型号试件,分别进行了动态拉伸、动态压缩、抗爆、抗侵彻等试验。本文主要内容和创新成果包括:设计了 C40和C60两种不同强度等级的自密实混凝土,添加四种不同体积分数的钢纤维:0.5%、1.0%、1.5%和2.0%,共制备了 8种类型的SFRSCC试样。开展了 SFRSCC准静态力学性能试验。设计专用夹具开展了单轴拉伸试验,获得了强度等级为C60的SFRSCC准静态单轴抗拉强度,并通过数据拟合得到了 SFRSCC单轴抗拉强度与钢纤维含量特征值的关系表达式,两者呈线性增长关系。与普通自密实混凝土相比,当钢纤维含量从0.5%增加到2%时,拉伸强度提高了 7%至18%。开展了 SFRSCC劈裂抗拉试验。对于强度等级为C40的混凝土,当纤维含量从0.5%增加到2%时,劈裂抗拉强度约增加了 36%。对于强度等级为C60的混凝土,除了纤维含量为1%的混凝土,劈裂抗拉强度的整体变化趋势与C40级混凝土相同,但变化范围较小。开展了 SHPB动态压缩试验,结果表明两种强度的SFRSCC具有明显的应变率效应,但是对于C40强度等级的SFRSCC,应变率敏感性要高于普通混凝土,C60等级则与普通混凝土接近。采用改进的SHPB装置开展了 SFRSCC动态拉伸实验,结果表明,SFRSCC的抗拉强度主要与相应SCC的抗压强度和纤维体积分数有关。抗压强度越大,抗拉强度越大。纤维体积分数越高,抗拉强度也越大。提出了 SFRSCC的动态抗拉强度与准静态抗压强度fc和纤维体积分数Vf之间关系的经验公式。将“等效微孔系统”的概念与“成核生长模型”的思想相结合,提出了压剪耦合损伤演化模型。通过对SFRSCC的SHPB动态压缩试验应力应变曲线的拟合,得到了压剪耦合损伤演化方程的参数。制作了Φ400mm×60mm的混凝土圆板,对两种强度等级,不同钢纤维含量的自密实混凝土试件进行了水浴爆炸加载实验。实验结果表明,当钢纤维含量超过1.5%时,SFRSCC板正面几乎没有出现损伤和裂纹。混凝土的强度等级对SFRSCC板抗爆能力影响较小,在钢纤维含量相同时,C40和C60等级的SFRSCC板破坏形态相似。加载方式对SFRSCC板的破坏形态也有较大影响。在炸药直接接触爆炸作用下,爆炸压力直接传递到板上,板中心被整体贯穿。而在爆炸水压加载时,爆炸压力通过水传播到板上,板受力更均匀,靶板局部未发生贯穿,正面的爆坑和背面的层裂剥落区域也较小。采用FEM-SPH耦合算法开展了 SFRSCC板抗爆实验数值模拟。通过数值模拟能清晰再现炸药爆炸过程和混凝土靶板的变形状态,计算得到的混凝土损伤分布和实验吻合较好,说明该模型能较好地预测水浴爆炸加载下混凝土板的破坏形态,验证了所用模型和参数的合理性。制作了 350mm×350mm×200mm的SFRSCC靶板,利用长杆弹,进行了抗侵彻试验。结果表明,钢纤维含量为1.5%的SFRSCC比0.5%的SFRSCC具有更好的抗侵彻性能,但钢纤维含量增加到2.0%时,抗侵彻能力反而有所降低。在现有混凝土侵彻模型基础上,考虑钢纤维的影响,给出了预测SFRSCC靶板侵彻深度的经验公式,根据试验结果修正了相关参数。计算结果与侵彻试验数据吻合较好,说明该公式能较好地预测弹体对SFRSCC靶的侵彻深度。