柔性纤维混凝土动力耗散的机理研究

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柔性纤维混凝土是一种新型的建筑材料,它以水泥砂浆或者混凝土为基体,以连续的或者非连续的纤维作增强材料。与普通混凝土相比,纤维混凝土具有很多的优良特性,因而被大量的应用于工业、民用建筑以及桥梁等工程。 国内外学者对纤维混凝土在土木工程中的应用作了深入的研究。这些研究涉及到各个方面,包括碳纤维混凝土压电等机敏性的研究、合成纤维混凝土结构温度变形控制的研究以及纤维混凝土基本力学性能和大型工程应用的研究等,而关于柔性纤维混凝土结构的能量耗散方面的研究较少。 鉴于此,本课题从理论和试验两个方面研究了碳纤维、芳纶纤维及其混杂物与混凝土构成的能量耗散体系对能量吸收、耗散和衰减的性能。通过选择增强纤维的类型,将纤维织物或纤维混编织物进行合适的铺设,配以适当的聚合物乳液复合成粘弹性阻尼材料从而实现纤维混凝土动力耗散的作用,并着重从纤维组成结构与混凝土基体相互作用来研究其耗散行为和耗能机理。 本文首先就纤维混凝土复合材料的应用及国内外研究现状作了概述,并介绍了纤维间距理论、复合材枓理论和振动波理论等在课题研究中的指导意义。然后在前人研究成果的基础上,用精确解和近似解两种方法对纤维混凝土悬臂梁结构的动力特性进行了计算,结果表明,如果计算参数合理,理论计算结果与实验结果能很好近似,可以应用于对结构响应的预测。紧接着在线弹性范围内,以复合材料力学为基础,简叙了正弦曲线纤维混凝土本构方程,藉此,分析了正弦角对材料能量耗散性能的影响以及损耗因子的计算,得知正弦角在30-40°时耗能效果较好。最后对纤维混凝土构件进行了自由振动衰减的试验研究,试验表明,虽然碳纤维和芳纶纤维混凝土刚度有所下降,却都能明显的提高混凝土耗散性能。这些结论对研究工程结构减振降噪具有一定的理论和实际意义。
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