多次冲击荷载作用下碳纤维高强混凝土损伤特性与能量耗散分析

摘要

为研究碳纤维高强混凝土工程在多次冲击荷载作用下的安全性,采用直径为74 mm的分离式霍普金森压杆装置及非金属超声波检测装置对不同碳纤维掺量(0%、0.15%、0.3%、0.45%、0.6%)试件在不同冲击次数(1、2、3、4)下纵波波速、损伤因子、峰值应力及能量耗散规律进行研究,并结合电镜扫描(SEM)观察不同冲击次数下试件内部微观结构,分析试件力学性能与碳纤维掺量及冲击次数间的关系。结果表明:碳纤维的掺入能增加试件整体性,减少试件内部裂隙,增大纵波波速,第1次冲击作用会对试件内部裂隙进行“压实”,试件波速随之增大,随着冲击次数的进一步增加,试件损伤度增大,波速降低;碳纤维的掺入能有效增加试件峰值应力,掺量在0.45%时效果最佳,冲击荷载会对试件造成压实和损伤,试件峰值应力先小幅度上升后大幅度下降;冲击荷载作用下试件能量时程变化主要分为三个阶段,纤维掺量在0.3%时试件能量耗散率最高,多次冲击作用会对试件造成损伤累加,其耗能密度显著降低;SEM试验结果表明碳纤维的存在能够有效减少冲击荷载作用下试件内部裂纹扩展度及裂纹数目,试件微观结构与宏观力学性能变化表现出一致性。