高韧性水泥基复合材料开孔板的力学性能试验与计算分析开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

通过实地考察了解到，目前树池、沟槽、雨污水井等使用的盖板一般用钢筋混凝土、大理石或者高强塑料制成。然而这些盖板发生破坏的现象随处可见，破坏的形式以局部开裂为主，对结构功能和长期耐久性影响非常大。究其原因，首先盖板一般放置在马路、树池、人行道上，会受到较大的车载或者某些冲击荷载，这些荷载作用面比较小而且作用面随机，并且支撑面可能不规则，这些因素就会导致应力集中和局部变形。然后为满足排水排气的功能，一般在盖板上开条形状的孔，孔周边容易应力集中而被压碎。大理石和一般的混凝土作为脆性材料，延性低，抗拉强度低，在外界环境中受各种复杂的荷载容易发生单裂纹破坏。且大理石盖板虽然比较美观，但材料成本和加工费较高。一般钢混盖板虽然成本低，但受板厚的影响，混凝土保护层厚度不够且易破坏，使钢筋裸露，严重影响美观性、安全性和基本功能。而笔者所使用的ecc，即高韧性水泥基复合材料，是一种非常有前景的新材料，国内外对ecc都有相当程度的研究,现代工程越来越趋向于大跨度、轻量化、裂纹控制的结构需求，ecc能满足现代工程对特殊结构的多项要求，如：抗疲劳能力、很强的变形能力、抗冲击能力、控制裂缝效果好、耐久性好等等。盖板若使用这种材料，可以满足大理石和钢混盖板不能满足的诸多条件，因此对ecc盖板的研究是十分可行的。

本文分实验部分和数值模拟部分。笔者了解到：由于盖板的规格和尺寸很复杂，国内缺少具有推广性意义的规范，而且相关实验数据相对较少。国内外对ecc的研究多为对ecc梁或者拉伸试验的研究。而本文使用的带孔板，有更复杂的受力情况，具有相当的创新意义。该实验部分在最不利工况下进行，并且会得到多种数据指标，将会有比较好的参考价值。关于数值模拟部分，由于ecc材料纤维的无序分布和复杂的开裂模式，并涉及到微观力学的范畴，宏观的数值计算很难得到非常吻合的模拟结果，如最大裂缝宽度，裂缝方向等等。国内外论文很少涉及ecc材料的数值计算，即便提出了几种数值模拟方式的理论，在现行的有限元软件中也难以实现，因此，ecc的数值模拟将是本文需要攻克的一大难点。

本文属力学、材料、物理多学科交叉研究，通过系统的力学和材料学方法应用新型水泥基复合材料研制高抗裂树池盖板。具有一定的创新性。综上所述，对高韧性水泥基复合材料开孔板的研究是很有意义的。

2. 研究的基本内容与方案

（1）研究的基本内容：分为数值模拟和试验部分。数值模拟使用普遍使用的ansys软件和专业性很强的atena软件。实验部分以ecc、大理石、钢混、素混凝土、加钢筋ecc的盖板为试验对象，两边简支，在中间加均布荷载，通过横向对比试验得出ecc混凝土的优势。

（2） 研究的目标：数值模拟方面，能建立有推广性意义的有限元建模方式，能在误差范围内得出比较好的拟合结果。试验方面，通过对比同样规格不同材料的盖板在相同受载方式的各项指标，得出ecc的各项优势。

（3）拟采用的技术方案及措施：

3. 研究计划与安排

第1-2周：阅读文献、开题报告

第3-5周：材料准备、试样制备

第6-7周：有限元分析

4. 参考文献（12篇以上）

[1]sendaijapan,testingmethodandmodellingofhpfrcc(2005).

[2]chang-geuncho,andreasj.kapposb,hyung-joomoonc,hyun jinlim,experimentsandfailureanalysisofshccandreinforcedconcretecompositeslabs(2015).

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