复合材料学报

作者：马钢, 郭栋才, 李国强, 王卓然,

关键词：纤维增强混凝土, 落锤冲击, 细观模型, 动力学响应, 三维细观分析,

普通混凝土在冲击载荷作用下断裂耗能能力差，而采用单丝态碳纤维掺入混凝土中制备的碳纤维增强混凝土(Carbon fiber reinforced concrete，CFRC)不仅可使混凝土衍生出多种功能性，同时可大大改善混凝土的抗冲击性能。利用落锤试验机对CFRC梁在低速冲击下的动态力学响应进行研究，在此基础上建立基于纤维随机分布的混凝土细观力学模型，研究不同纤维掺量和冲击速度对CFRC梁在低速冲击下力学响应、断裂耗能及破坏形态等的影响规律。结果表明：力学响应方面，基于随机纤维混凝土细观模型的仿真结果与试验结果符合较好；随着碳纤维体积掺量的增大，支座反力峰值变化不大，碳纤维掺量0.4vol%的混凝土梁跨中竖向位移较大，抗冲击韧性最佳。断裂耗能方面，当冲击速度低于6 m·s^–1时，增大掺量有利于碳纤维于基体中发挥桥接作用，提升CFRC梁的断裂耗能能力；随着冲击速度的增大，为保证基体非裂缝区碳纤维与混凝土之间协同耗能，进一步提高碳纤维混凝土的纤维掺量是提升冲击下CFRC耗能的关键。破坏行为方面，碳纤维掺量0.8vol%的混凝土梁在冲击下在跨中主裂缝附近呈现数量较多的斜裂纹弥散开裂行为；当冲击速度达到12 m·s^–1时，CFRC梁的破坏呈现弯剪破坏形态。本文的研究结果可为CFRC在工程中的推广应用提供参考。

来源：2022年第11期

《复合材料学报》期刊编辑部

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