混凝土纤维增韧原理及计算模型

席居宇，陈翠翠

（1.重庆大学，重庆 400044；2.江苏苏博特新材料股份有限公司，江苏 南京 211103）

0 引言

我国是世界上混凝土用量最大的国家，随着现代钢筋混凝土结构向超高、超大以及超长跨度的发展，对水泥基材料的韧性要求也越来越高。采用纤维提高混凝土韧性是当下最有效的方法之一。

纤维混凝土作为一种复合材料，其性能受到组成结构参数影响，而作为传递纤维与基体间应力的主要因素，纤维-基体界面粘结性能的研究是理解和量化纤维混凝土增韧阻裂行为的基础，也是决定纤维混凝土宏观拉伸行为的关键。基于此，从纤维-混凝土基体界面作用机制入手，介绍纤维增强原理和已有计算模型，以期推动纤维混凝土配合比设计以及工程应用。

1 界面作用力

纤维-基体界面粘结作用力主要包括四个方面：脱粘前的物理化学胶结力（弹性剪切力）、脱粘后的摩擦剪切力、法向应力以及多维纤维额外产生的机械锚固力。

图1展示了主要界面作用力，其作用机制分为三个阶段。

图1 纤维-基体界面粘结作用力示意

（1）弹性阶段：当施加的力在界面形成的剪切应力τ≤最大物理化学胶结力τa,max时，纤维-基体界面处于完全弹性阶段。在基于一定的假设条件下，Cox提出了第一个计算该阶段界面剪切应力的有效模型（剪滞模型），由于该模型并没有考虑较大剪切应力作用下产生的滑移现象，并不适用于模拟弹性剪切应力和摩擦剪切应力耦合作用的情况。

（2）弹性粘结-脱粘滑移阶段：当施加的力在界面形成的剪切应力τ≥最大物理化学胶结力τa,max时，纤维-基体界面处于弹性-脱粘阶段。……