管状三向织物复合材料约束混凝土轴压性能研究

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三向织物(Triaxial Woven Fabric,TWF)是由三组互成60°的纱线相互交织而成,具有准各向同性,以其作为增强体的复合材料具备优异的力学性能,广泛应用于体育休闲、特殊防护、航空航天等领域。为拓展三向织物在加固补强领域的应用,本文采用加固三向织物混凝土圆柱,通过数字图像相关技术(Digital Image Correlation,DIC)和声发射技术(Acoustic Emission,AE)等,得到了载荷-时间曲线、纱线局部应变-时间曲线和累积能量-时间曲线等,研究了试样在轴向压缩过程中的应变变化和内部破坏等情况,分析了三向织物约束混凝土在不同偏心距情况下的破坏模式、极限载荷以及轴向应变等,通过纱线应变-时间曲线分析了三向织物各组纱线在不同受力环境下的受力状态,并且对比累积能量-时间曲线分析了三向织物能量吸收效率。试样在加载过程中经历三个受力阶段,第一阶段中,主要为混凝土受力导致内部骨料的挤压与摩擦;在第二阶段,混凝土受损严重,外层三向织物开始发挥约束作用,试样承载能力继续增大直至峰值;在第三阶段,三向织物表面出现裂纹,试样承载能力下降,随着压缩的进行,三向织物表面裂纹相互连接形成大裂纹或纱线出现脱散和弯折现象,导致试样完全失效。不同组分的三向织物在第二阶段和第三阶段的表现差异较大,但随着偏心距变大,这种差异会逐渐减小。试验结果表明,采用碳纤维三向织物约束混凝土可使混凝土在极限载荷方面有最大的提升,玻璃纤维三向织物约束混凝土则可以最大地提升试样延展性,采用碳玻混杂的方法可同时提高极限载荷和延展性。注意混杂方式对力学性能有一定影响,以玻璃纤维作为经纱,碳纤维作为纬纱的试样在力学性能方面的提升大于以玻璃纤维作纬纱,碳纤维作经纱的试样。当试样受到偏心轴压载荷时,随着偏心距的增大,极限载荷会减小,破坏模式也会发生改变,不同试样的轴压性能会较为接近。通过DIC检测技术得到的纱线局部应变-时间曲线分析可知,偏心距的存在使得试样的受力环境发生改变,偏心轴压试样纱线的受力状态比正向轴压更加复杂,且随着偏心距的增大,轴向力对试样的影响会逐渐大于环向力。最后,通过对试样的受力分析得出,不同材料的三向织物直接影响三向织物复合材料的约束效果,而偏心距增大使得主要承力纱减少是造成不同材料试样力学性能趋于一致的主要原因。
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