纤维混凝土/喷射混凝土在循环高温作用下的力学性能

机动车辆在遂道中发生事故而引起的火灾是灾难性的；目前许多欧美国家都在致力于遂道混凝土的防火研究。本项目重点研究钢纤维、钢纤维与高性能有机纤维混凝土在循环高温荷载作用下的变形、裂缝扩展、防崩落及线余承载能力，利用先进的测试技术对比传统的钢筋挂网混凝土/喷射混凝土，寻求更加安全、可靠与经济的建筑材料用于隧道等地下结构。 2100433B

制造纤维混凝土主要使用具有一定长径比（即纤维的长度与直径的比值）的短纤维。但有时也使用长纤维（如玻璃纤维无捻粗纱、聚丙烯纤化薄膜）或纤维制品（如玻璃纤维网格布、玻璃纤维毡）。其抗拉极限强度可提高30～50%。

纤维在纤维混凝土中的主要作用，在于限制在外力作用下水泥基料中裂缝的扩展。在受荷（拉、弯）初期，当配料合适并掺有适宜的高效减水剂时，水泥基料与纤维共同承受外力，而前者是外力的主要承受者；当基料发生开裂后，横跨裂缝的纤维成为外力的主要承受者。

若纤维的体积掺量大于某一临界值，整个复合材料可继续承受较高的荷载并产生较大的变形，直到纤维被拉断或纤维从基料中被拨出，以致复合材料破坏。 与普通混凝土相比，纤维混凝土具有较高的抗拉与抗弯极限强度，尤以韧性提高的幅度为大。

纤维混凝土设计和使用方法请参考现行《纤维混凝土结构技术规程》

释文：高温力学性能是指高温下物料因抵抗外力作用而产生各种变形和应力的能力，如强度、弹性、塑性等。物料高温力学性能同常温力学性能一样，与物料的物相及其结构有关。但在高温下，由于液相的出现，液相的性质、数量及分布状态，对材料的力学性能影响极大。故高温下耐火材料受外力作用时，其最终破坏皆与此种多相复杂系统，或其各组分的等力学性能的总和有关。 2100433B

爆炸往往伴随着火灾，而火灾有时也会引起爆炸，研究钢结构在爆炸和火灾联合作用下的力学性能具有重要的理论和现实意义。本项目拟对不同约束条件下工字钢梁在高温下的抗冲击性能进行研究，包括理论分析、试验研究、计算机模拟以及参数讨论。通过对钢材进行高温下不同应变率的冲击试验，研究钢材在高温、高应变率下的力学性能，并拟合材性模型，确定相关参数，得到钢材的应力、应变、应变率和温度等参数之间的关系，将其应用到火灾和爆炸下的结构分析。应用给定的燃气爆炸荷载模型，研究钢梁在火灾和爆炸共同作用下的动力响应及破坏形态，考虑梁端约束情况包括轴向约束刚度、转动约束刚度的影响，推导复杂条件下单元刚度方程，编制有限元程序，计算不同温度下约束钢梁的抗冲击性能。通过参数分析，得到不同约束条件下工字钢梁极限温度和冲击荷载之间的关系，给出约束钢梁高温下抗冲击性能的计算方法。研究成果可为钢框架结构整体抗火、抗爆性能研究提供基础。