第42卷第2期2009年2月

土木工程学报Vol.42Feb.

No.22009

CHINACIVILENGINEERINGJOURNAL

冲击荷载作用下碳纤维混凝土的力学性能

李为民1许金余1,2

翟毅1李庆1

（1.空军工程大学，陕西西安710038；2.西北工业大学，陕西西安710072）

摘要：采用Φ100mm分离式霍普金森压杆（SHPB）试验装置研究了多种纤维体积掺量的碳纤维混凝土在不同应变率下的冲击压缩力学性能，并对试验有效性进行了分析。结果表明，碳纤维混凝土的动态强度增长因子与平均应变率的对数呈近似线性关系，强度与比能量吸收随平均应变率的增加而近似线性增加，体现了显著的应变率相关性；碳纤维对混凝土具有良好的增强、增韧效果，纤维体积率越大，效果越明显，在20~100s-1的应变率范围内，随着应变率的增加，碳纤维的增强效果逐渐减弱、增韧效果逐渐增强；碳纤维混凝土的SHPB试验中，试件破坏时刻为139.05~240.15μs，破坏前近似恒应变率加载时间比例约为65%，且应变率曲线的波动范围控制在24%左右，能够较好地满足应力均匀分布及近似恒应变率加载要求，试验结果可靠。碳纤维混凝土具有优异的冲击力学性能。

关键词：碳纤维混凝土；Φ100mmSHPB试验装置；波形整形技术；高应变率；冲击力学性能中图分类号：O347TU528.572

文献标识码：A

文章编号：1000-131X（2009）02-0024-08

Mechanicalpropertiesofcarbonfiberreinforcedconcrete

underimpactloading

LiWeimin1XuJinyu1,2ZhaiYi1LiQing1

（1.AirForceEngineeringUniversity,Xi'an710038,China;

2.NorthwestPolytechnicUniversity,Xi'an710072,China）

Abstract:Dynamicpropertiesofconcretereinforcedwithvariousvolumetricfractionsofcarbonfibersubjectedtohighstrainratewerestudied,andthevalidityoftheexperimentwasanalyzed.Detailsofanexperimentalinvestigationusing100mmdiametersplitHopkinsonpressurebar（SHPB）apparatuswerepresented.Thetestsrevealthatthedynamicstrengthandthespecificenergyabsorptionofcarbonfiberreinforcedconcrete(CFRC)arestrainratedependent,thestrainrateeffectcanbeexpressedbylinearapproximations,andtherelationshipbetweenthedynamicstrengthincrementfactorandthelogarithmofaveragestrainrateisapproximatelylinear.Carbonfiberiseffectiveinstrengtheningandtougheningtheconcreteandmoreprominentwiththeincreaseofitsvolumetricfraction.Thetougheningeffectgetsmoreprominentwithstrainrateof20~100s-1,whereasthestrengtheningeffectdecreases.DuringSHPBtests,CFRCspecimensbegintofailat139.05~240.15μs,nearlyconstantstrainratesareobtainedover65%ofthetestduration,andtheaveragerelativeerrorofstrainrateis24%,whichprovethecredibilityoftheSHPBtestresultsofCFRC.

Keywords:carbonfiberreinforcedconcrete（CFRC）；100-mm-diameterSHPBapparatus；pulseshapingtechnique；highstrainrate；impactmechanicalpropertiesE-mail:lwm_afeu0830@yahoo.com.cn

劳以及优良的高温稳定性，备受土木工程界的青睐。

引言

碳纤维凭借其高强、高模、轻质、抗腐蚀、耐疲

碳纤维增强混凝土（Carbonfiberreinforcedconcrete,简称CFRC）具有优异的静力学性能［1-2］。王成启等［3］将碳纤维混凝土与钢纤维混凝土的劈拉强度、断裂能及断裂韧性进行了对比研究。周梅等［4］研究了碳纤维混凝土的最佳配比，并对碳纤维增强混凝土的机理进行了分析。柯开展等［5］研究了碳纤维掺量及养护制度对碳纤维混凝土静压力学性能的影响。Chung［6,7］对碳

基金项目：空军工程大学工程学院优秀博士学位论文创新基金

（BC07002）

作者简介：李为民，博士研究生收稿日期：2007-10-12