[发明专利]一种考虑冲击压缩损伤影响的钢纤维混凝土层裂强度算法

权利要求书

1.一种考虑冲击压缩损伤影响的钢纤维混凝土层裂强度算法，其特征是：包括以下步骤：

步骤S1、试件制备，选取不同强度等级的混凝土分别制备不同钢纤维含量的试件，所述的试件整体为直径100mm的圆柱体，长度不小于1600mm，钢纤维体积含量为0％-4％，试件制备时首先配制钢纤维混凝土浆料，采用模具灌入浆料，模具竖直立放并固定，用振动棒振捣均匀，竖立固定24小时后，拆模，放入水中，常温下养护28天；

步骤S2、测试每个试件的准静态物理力学性能，测试参数包括密度、波速、弹性模量、准静态压缩强度、准静态拉伸强度；其中，采用普通电子秤测量质量，再除以试件体积获取密度；波速采用超声波发射仪获取，每个试件测量5次取其平均值；准静态强度和弹性模量通过材料试验机的准静态压缩实验获取；

步骤S3、对不同强度等级、不同钢纤维含量的混凝土进行不同撞击速度下的Hopkinson杆冲击层裂实验，获取若干组层裂强度σ_F、应变率所述Hopkinson杆冲击层裂实验的实验装置包括撞击杆(1)、波形整形器(2)、Hopkinson杆(3)、试件(6)、透射杆(8)和缓冲装置(9)，所述的Hopkinson杆(3)和透射杆(8)均为与试件(6)外径相等的圆柱体，Hopkinson杆(3)、试件(6)和透射杆(8)依次同轴设置在试验台上，试件(6)位于Hopkinson杆(3)和透射杆(8)之间，Hopkinson杆(3)一端与试件(6)相接触，另一端安装有波形整形器(2)，波形整形器(2)另一端外部设置有撞击杆(1)，所述透射杆(8)一端与试件(6)相接触，另一端间隔设置有缓冲装置(9)；所述的撞击杆(1)、Hopkinson杆(3)均为高强弹簧钢，撞击杆(1)为梭形以控制入射波形；波形整形器(2)为一圆形紫铜片，厚度为5mm，直径与撞击杆(1)的撞击速度相匹配；Hopkinson杆(3)长度为4000mm，在其中间部位黏贴Hopkinson杆应变片(4)测量入射波，并作为采集系统的触发信号源；在试件(6)上距离Hopkinson杆(3)端面200mm处、400mm处以及试件中部位置黏贴三组试件应变片(5)，以测量加载应变率和试件内的应力波速；透射杆(8)为中空的铝合金杆，其内径满足广义波阻抗小于混凝土试件(6)，在距离试件(6)端面400mm处黏贴透射杆应变片(7)用于测量试件层裂强度；

根据层裂实验中测得的透射杆中应力波形，获得层裂发生时最大压力σ_max和最小σ_min，利用σ_max和σ_min，根据一维应力波理论，材料层裂强度σ_F以下式计算：

式(1)中，n为试件与透射杆的波阻抗比，n＝(ρc)_c/(ρc)_b，其中A_b为透射杆的横截面积，A_c为试件的横截面积，(ρc)_c为试件的波阻抗，(ρc)_b为透射杆的波阻抗，ρ为密度、c为一维应力弹性波速，下标C表示试件，下标b表示透射杆；

步骤S4、根据步骤S3的实验，确定诱发压缩损伤的应力阈值σ_c；

步骤S5、引入损伤度函数D_c，则加载压缩波超过应力阈值σ_c时压缩损伤演化引起的层裂强度降低以下式表达：

σ_F＝σ_F0(1-D_c) (2)；

公式(2)中，σ_F0为未发生压缩损伤的材料层裂强度，即为材料的初始层裂强度，其满足拉伸强度的应变率效应，由公式(1)计算得出；

σ_F为材料的实测层裂强度；

损伤度函数为试件上应变计所测量的应变率；为与σ_c对应的应变率，称之为临界应变率；为准静态应变率；c和d为无量纲系数；拟合实验结果，对不同强度等级混凝土，系数d＝0.4，对每种材料不同应变率下层裂强度拟合得系数c；

步骤S6、根据步骤S3得到的全部层裂强度试验数据，按照公式(2)，采用拟合的方法，建立考虑压缩损伤的混凝土层裂强度经验算法如下：

当钢纤维体积含量＝0时，为素混凝土，则有：

当4％≥钢纤维体积含量＞0时，为钢纤维混凝土，则有：

公式(3)为考虑冲击压缩损伤影响的素混凝土层裂强度算法公式，公式(4)即为考虑冲击压缩损伤影响的钢纤维混凝土层裂强度算法公式；

公式(3)和公式(4)中，σ_F为计算得到的材料层裂强度，f_ts为试件的静态拉伸强度；为钢纤维长细比；ρ_f为添加钢纤维体积率；β为拟合系数，f_c为试件的单轴抗压强度；α_d为动态纤维影响因子，