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2021 No.4April2021年第4期4月混凝土与水泥制品CHINA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS 超高性能混凝土 (UHPC 冤动态损伤机理综述吴永魁，姚一鸣(东南大学土木工程学院，江苏南京210000)摘要：总结分析了超高性能混凝土(UHPC )现有研究成果，综述了其超高性能机理、单调拉伸和循环荷载下的本构关系、低周期疲劳状态下的损伤过程及微观损伤机理等，并对未来的研究方向提出了建议。
关键词：超高性能混凝土；协同效应；本构关系；微观机理中图分类号:TU528.31文献标识码:A doi:10.19761/j.1000-4637.2021.04.001.06Review of Dynamic Damage Mechanism of Ultra-high Performance ConcreteWU Yong-kui, YA O Yi-ming(School of Civil Engineering, Southeast University, Nanjing 210000, China)Abstract: Based on the summary and analysis of the research works of UHPC, the ultra -high performancemechanism of UHPC, the constitutive relation under monotone tensile and cyclic loads, the damage process under lowcycle fatigue and the microscopic damage mechanism were summarized. Some suggestions for the future research direction were also provided.Key words: Ultra-high performance concrete; Synergistic effect; Constitutive relation; Microscopic mechanism0前言普通混凝土脆性大、抗拉强度低，尤其是在动态荷载下抗裂性能差，难以满足当今建筑对安全性及耐久性的要求。
钢纤维高强混凝土轴拉应力-应变曲线试验研究张颖;吕西林;年学成【摘要】High-strength steel fiber reinforced concrete (HSSFRC) has high strength along with good toughness,and thus enhances seismic performance of structures.In this paper,uniaxial tensile experiment for HSSFRC under monotonic loading was conducted in order to study the tensile properties.The volume fractions of steel fiber are 0％,1.0％,1.5％and 2.0％ with the cube compressive strength of 60 MPa and 80MPa,respectively.The effects of steel fiber volume fractions on uniaxial tensile strength and strain corresponding to the peak stress of HSSFRC were investigated.Based on the test data,a more suitable analytical model is proposed to generate the stress-strain curve of HSSFRC,which fits well with the experimental curves and can be used for nonlinear analysis of structures or components.%钢纤维高强混凝土,可以大大改善高强混凝土的脆性,进而提高构件的延性和抗震性能.为研究钢纤维高强混凝土轴心抗拉性能,设计了合适的轴心抗拉全过程试验方案,然后分别对强度等级为C60和C80,钢纤维体积率为0％、1.0％、1.5％和2.0％的钢纤维高强混凝土进行轴心抗拉全过程试验.根据试验结果,分析了混凝土强度和钢纤维体积率对于改善混凝土抗拉强度、峰值应变的影响;提出了适用的钢纤维高强混凝土轴拉应力-应变曲线数学表达式.提出的计算公式与试验结果吻合较好,可以为钢纤维高强混凝土结构的设计和非线性分析提供理论基础.【期刊名称】《结构工程师》【年(卷),期】2017(033)001【总页数】7页(P107-113)【关键词】钢纤维高强混凝土;钢纤维体积率;轴拉应力-应变曲线;拉压强度比【作者】张颖;吕西林;年学成【作者单位】同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092;江苏省建筑设计研究院,南京210019【正文语种】中文钢纤维混凝土（SFRC）是一种由水泥、粗细集料和随机分布的短钢纤维组合而成的复合材料［1］。
混凝土轴心抗压强度计算公式
1. 混凝土轴心抗压强度标准值计算公式。
- 对于棱柱体试件（高度h比截面边长b大，h/b = 3 - 4）测定的混凝土轴心抗压强度f_ck，其标准值计算公式为：f_ck=0.88α_c1α_c2f_cu,k。
- 其中f_cu,k为混凝土立方体抗压强度标准值（150mm×150mm×150mm立方体试件）。
- α_c1为棱柱体强度与立方体强度之比，对于C50及以下α_c1=0.76，对于C80α_c1=0.82，中间按线性内插法确定。
- α_c2为高强度混凝土的脆性折减系数，对于C40及以下α_c2=1.0，对于C80α_c2=0.87，中间按线性内插法确定。
- 0.88为考虑结构中混凝土强度与试件混凝土强度之间的差异等因素的修正系数。
2. 混凝土轴心抗压强度设计值计算公式。
- 混凝土轴心抗压强度设计值f_c的计算公式为：f_c=frac{f_ck}{γ_c}。
- 其中γ_c为混凝土材料分项系数，一般取γ_c=1.4。
高强钢纤维碳纳米管混凝土单轴受压本构关系杨健辉;汪洪菊;杨大方;毕福利;王利【摘要】为了改善高强素混凝土的脆性破坏行为,通过钢纤维与碳纳米管的混掺试验,分别进行了空白试样和高强钢纤维碳纳米管混凝土的立方体和轴心抗压试验,得到了单轴受压应力-应变关系曲线,并由此建立了本构方程.试验结果表明:HSPC的棱柱体试件破坏形态为典型的脆性破坏;HSSFCNRC属于典型的塑性破坏.其次,两者的轴压比(轴心与立方体抗压强度之比)均随强度提高而提高,但HSPC的峰值应变、弹性模量和泊松比均比HSSFCNRC小;第三,由于HSPC的脆性和压力试验机的局限性,所采集到的下降段曲线上数据点远较后者少得多,而且后者也较前者的曲线平缓得多.这些特征指标,均说明了钢纤维与碳纳米管已有效改善了HSPC的脆性破坏行为,可为相关工程应用奠定基础.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(034)001【总页数】6页(P96-101)【关键词】高强混凝土;钢纤维;碳纳米管;弹性模量;本构方程【作者】杨健辉;汪洪菊;杨大方;毕福利;王利【作者单位】河南理工大学深部矿井建设重点学科开放实验室,河南焦作454000;河南理工大学土木工程学院,河南焦作454000;河南理工大学土木工程学院,河南焦作454000;河南理工大学土木工程学院,河南焦作454000;河南理工大学土木工程学院,河南焦作454000;河南理工大学土木工程学院,河南焦作454000【正文语种】中文【中图分类】TU528.31(1.Opening Project of Key Laboratory of Deep Mine Construction, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, Henan, China;2. School of Civil Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, Henan, China) Key words：high-strength concrete; steel fiber; carbon nanotube; modulus of elasticity; constitutive equation随着科学技术和现代工业的迅速发展，混凝土结构工程逐渐向大跨度、高层与超高层、超深层(如千米井筒)及超大型方向发展[1]。
一、混凝土本构关系模型1。
混凝土单轴受压应力-应变关系 (1)Saenz 等人的表达式Saenz 等人(1964年）所提出的应力-应变关系为：])()()(/[30200εεεεεεεσd c b a E +++= （2）Hognestad 的表达式Hognestad 建议模型，其上升段为二次抛物线，下降段为斜直线.所提出的应力—应变关系为：cucu εεεσσεεσσεεεεεεεε≤≤-=≤-=--00002,)](15.01[,])(2[000（3)我国《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）中的混凝土受压应力-应变曲线，其表达式为:1,)1(1,)1(2>+-=≤+-=x x x xy x x n nxy c n αrc x ,εε=，r c f y ,σ=,r c r c c r c c f E E n ,,,-=εε c α是混凝土单轴受压时的应力应变曲线在下降段的参数值，r c f ,是混凝土单轴抗压的强度代表值，r c ,ε是与单轴抗压强度r c f ,相对应的混凝土峰值压应变。
2.混凝土单轴受拉应力-应变关系清华大学过镇海等根据实验结果得出混凝土轴心受拉应力-应变曲线：1],)1(/[)/(1,])(2.0)(2.1[7.16≥+-⨯=≤-=ttttttt t t t εεεεεεεεεεεεασεεσσσ3.混凝土线弹性应力—应变关系张量表达式,对于未开裂混凝土，其线弹性应力应变关系可用不同材料常数表达,其中用材料弹性模量E 和泊松比v 表达的应力应变关系为：ijkk E ij E ij ijkk E ij Eij δσσεδεεσνννννν-=+=+-++1)21)(1(1用材料体积模量K 和剪变模量G 表达的应力应变关系为:ijK ij Gij ij kk ij ij kks K Ge δεδεσσ9212+=+= 4.混凝土非线弹性全量型本构模型5.混凝土非线弹性增量型本构模型各向同性增量本构模型: （1）在式2220])()2(1[])(1[0000εεεεεεεσ+-+-==SE E E d d E中，假定泊松比ν为不随应力状态变化的常数，而用随应力状态变化的变切线模量t E 取代弹性常数E ，并采用应力和和应变增量，则可得含一个可变模量Et 的各向同性模型,增量应力应变模型关系为：ijkk E ij E ij d d d t t δεεσνννν)21)(1(1-+++= （2）在式νεεσσνK K Ge e Es kk kk m ij ij ij ====+=3121 中，如用随应力状态变化的变切线体积模量Kt 和切线剪变模量Gt 取代K 和G,并采用偏应力和偏应变增量，则可得含两个可变模量Kt 和Gt 的各向同性模型，采用偏应力和偏应变增量，则可得以下应力应变关系：kkt m ij t ij d K d de G ds εσ==2 双轴正交各向异性增量本构模型:混凝土在开裂，尤其是接近破坏时，不再表现出各向同性性质，而呈现出明显的各向异性性质。
用MATLAB程序模拟钢筋钢纤维混凝土构件受弯的应力和应变黄志彬;梁毅【摘要】结合已有的研究,探讨了利用计算机程序Matlab的编程模拟,研究钢筋钢纤维混凝土构件受弯变形的应力应变发展过程的可行性,并得出初步的研究成果,可为钢筋钢纤维混凝土构件受弯的深化研究提供参考.【期刊名称】《建材技术与应用》【年(卷),期】2010(000)007【总页数】4页(P1-3,6)【关键词】钢纤维;钢筋钢纤维混凝土;受弯;应力;应变;MATLAB;程序模拟【作者】黄志彬;梁毅【作者单位】广州军区,建筑设计院,广东,广州,510075;广州军区,建筑设计院,广东,广州,510075【正文语种】中文【中图分类】TU311.4;TU528.572引言钢筋钢纤维混凝土结构具有良好的抗弯和抗裂性能。
其中钢纤维混凝土作为复合材料，其物理特性较为复杂，有较大的随机性。
对该材料构件力学性能的研究，是近年来工程领域的研究热点之一。
钢纤维增强混凝土(Steel Fiber Reinforced Concret，简写为SFRC)，是在混凝土基体中加入均匀分散的短而细、具有高抗拉强度、高极限延伸率、高抗剪性等性能的钢纤维而形成的新型复合建筑材料。
钢纤维混凝土是改善传统的混凝土材料在工程结构中抗拉、阻裂和延性等方面不足的一种途径。
钢纤维混凝土作为一种复合材料，其内部的材料成分有抗压性能好的砂、石和水泥硬化浆体，也有抗压和抗拉性能优良的钢纤维。
但由于钢纤维混凝土内部各成分复合的复杂性和随机性，使钢纤维混凝土的研究至今还有不少问题，其构件力学性能的研究依然需要进一步完善[1]。
1 MATLAB程序及模拟研究的可行性MATLAB是目前计算机应用的三大数学软件之一。
它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指[2]。
目前，构件力学研究的辅助软件很多，大多属于空间有限元计算类程序，而MATLAB并非该类程序。
用MATLAB进行程序模拟是出于以下考虑：(1)钢纤维混凝土虽然是复杂的复合材料，但与普通混凝土一样，可以近似地认为内部材料成分是分布均匀、各向同性的。
超高性能混凝土单轴受压本构关系共3篇超高性能混凝土单轴受压本构关系1混凝土的力学性能是关键的，在设计工作中需要特别的关注，因为这将决定超结构的稳定性和安全性。
混凝土的单轴受压本构关系是其力学性能的表示，它被描述为压力和应变之间的关系。
本文将介绍超高性能混凝土的单轴受压本构关系。
超高性能混凝土具有极高的力学性能，通常是正常强度混凝土的5-10倍。
它包含了优质的材料，并且通过mineral additives和高度控制的生产过程来优化其力学性能。
这些都有助于形成超高性能混凝土的强大力学特性。
这种材料比常规混凝土的性能更高，并且对压力和作用力具有更强的承载能力。
超高性能混凝土的单轴受压本构关系可以由Hognestad本构模型表示。
该模型是一种经验模型，可以将混凝土的本应力和初始刚度描述为依赖于应变的非线性关系。
该模型已被广泛应用于混凝土结构的设计和分析中。
Hognestad模型可以表示为：σ=ac(1-k(c/ϵ))ρf’c(βϵ+1)(βϵ)其中，σ是混凝土的应力，ac是Hognestad的系数，k是参数，c是混凝土的强度，ϵ是混凝土的应变，ρ是钢筋所占混凝土截面积的比例，f’c是混凝土的拆解强度，β是形状系数。
在应力-应变图上，该模型将单轴受压本构关系表示为曲线。
通常，Hognestad模型不仅可以拟合超高性能混凝土的单轴受压本构关系，还可以拟合其他类型的混凝土。
总的来说，超高性能混凝土的单轴受压本构关系是一个非线性关系，可以通过Hognestad本构模型来表示。
这种模型可以用于分析和设计混凝土结构，在实践中被广泛应用。
需要注意的是，实际的混凝土力学性能会受到许多因素的影响，如材料配比、造型技术和起伏程度等等，因此我们必须做好实验来评估真正的混凝土性能。
超高性能混凝土单轴受压本构关系2混凝土是一种在工程结构中广泛使用的材料，具有较高的承载能力和耐久性。
在混凝土单轴受压过程中，混凝土发生的变形和破坏会影响结构的稳定性和耐久性。
钢纤维增强砼单轴受压力学性能实验研究
张保善;孙增寿
【期刊名称】《中州建筑》
【年(卷),期】1990(000)003
【总页数】4页(P29-32)
【作者】张保善;孙增寿
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TU377.901
【相关文献】
1.钢纤维混凝土准静态单轴受压力学性能 [J], 焦楚杰;孙伟;周云
2.钢纤维高强砼与普通高强砼力学性能实验研究 [J], 张晓峰
3.三维编织钢纤维增强渍浆混凝土的受压力学性能 [J], 季斌;麻海燕;余红发;程宇
4.碳纤维增强混凝土基本力学性能及单轴受压本构关系研究 [J], 孟文华
5.三维编织钢纤维增强混凝土单轴受压本构方程 [J], 宋海滨; 麻海燕; 方秦; 季斌; 程宇; 江大虎
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钢筋钢纤维混凝土梁受压区高度计算方法曹国栋【期刊名称】《《铁道建筑》》【年(卷),期】2019(059)004【总页数】4页(P26-29)【关键词】钢纤维混凝土; 受压区高度; 模型试验; 裂缝宽度; 规范【作者】曹国栋【作者单位】中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西省铁道及地下交通工程重点实验室陕西西安710043【正文语种】中文【中图分类】TU528.572; TU323.3自19世纪20年代英国人Aspdin发明Portland水泥后，混凝土作为一种新型建筑材料在土木工程领域有着广泛的应用。
但混凝土也存在抗拉强度较低、易于开裂、性质较脆等缺点。
钢纤维混凝土是在普通混凝土中加入钢纤维而组成的一种多相非均质复合材料[1]。
与普通的钢筋增强混凝土相比，它显著地提高了混凝土原有的抗拉强度、抗弯强度、韧性及抗冲击性,从而极大改变了混凝土的脆性[2]。
普通混凝土构件受压区高度的研究在国内已有很多。
郑久建[3] 基于单筋矩形截面钢筋混凝土梁的受压区高度计算公式进行了推广,从而提出可以用于双筋或T形截面钢筋混凝土梁受压区高度计算的统一公式。
郭军庆等[4]根据混凝土规范对钢筋极限拉应变的限值和平截面的假定,推导出受弯构件极限状态下截面受压区最小高度。
刘明亮[5]根据平截面假定和小偏心受压构件的基本公式,提出了混凝土矩形截面小偏心受压构件受压区高度计算公式。
姜雪晶[6]介绍了受弯构件正截面承载力计算的基本假定,并对相对界限受压区高度的含义进行了探讨。
秦楠[7]分析了受压区高度对受弯构件正截面的应力和相对余抗力的影响。
郭恩等[8]详细阐述了用一个公式求解矩形或T形截面受压区高度的方法，并通过计算示例说明这种方法完全可行。
王展生[9]将钢筋混凝土T形梁受弯全过程分为4个阶段(梁体开裂前阶段、梁体开裂阶段、压区混凝土处于弹塑性阶段和极限阶段)，应用弹性理论对其受弯全过程进行分析，推导出各个阶段的受压区高度方程，通过求解得到受压区高度的数值解，并推导出各个阶段裂缝高度与受压区高度关系式，结合受压区高度的数值解，计算出裂缝高度值。
