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　　虽然已有研究涉及纯轴向荷载下的同心超高性能纤维增强混凝土（UHPFRC）柱的行为，但偏心加载下UHPFRC柱的行为和设计仍有待深入探究。本研究旨在填补这一知识空白。我们采用的UHPFRC材料融入了碳纳米纤维（CNF），赋予了材料超过100年的卓越耐久性，并明显提升了首次拉伸裂缝载荷和拉伸硬化比率。该材料在一天养护后即展现出约99 MPa的早期抗住压力的强度。我们将对小尺寸CNF-UHPFRC圆柱进行轴向荷载测试，偏心距范围从0至0.4D，其中D为柱直径。钢纤维含量将变化，包括体积的1%，2%，和3%。柱子将沿纵向配筋，并横向轻型加固，以维持钢筋笼的结构完整性。通过建立实验性负荷-力矩交互图来评估柱子的性能。基于ACI规定，我们还将开发分析互图。在证实ACI因素在UHPFRC柱交互图开发中过于保守后，我们将提供改善的设计指导和标准化建议。

　　大家早上好，欢迎参加今天的UHP（超高性能混凝土）会议。事不宜迟，我将开始我的演讲。我是卡尔加里大学的博士候选人，今天我将讨论通过四点弯曲简化方法和逆向分析来表征碳纳米纤维增强超高性能纤维增强混凝土的抗拉强度。我将从简短的介绍开始，然后讨论碳纳米纤维增强超高性能混凝土，接着是抗拉测试方法，深入讲解我使用的简化方法，最后是实验程序结果和结论。

　　我们都知道，UHPFRC（超高性能纤维增强混凝土）是在1980年代发现的，主要特征是优异的耐久性和机械强度。具体来说，它的抗住压力的强度通常超过150兆帕，这归因于使用较低的水胶比、去除粗骨料（即去除混凝土中最薄弱的环节——骨料与基质之间的过渡区）以及使用火山灰和高效减水剂。其次，它的开裂后抗拉强度通常超过5兆帕，这是由于使用了高强度纤维，主要是钢纤维，并减少了孔隙尺寸，从而使应力更加均匀，增强了材料的强度。

　　为什么选择碳纳米纤维？我们大家都知道，通常在体积比为2%的情况下，钢纤维的加入使UHPFRC具有类似钢的应变硬化反应，因此这样一种材料被称为应变硬化UHPFRC。如果体积不足以使材料具备类似钢的应变硬化反应，则材料被称为软化。然而，问题就在于这些钢微纤维的间距相对较大且价格昂贵，因此它们在开裂后阶段最为有效。因此，提出了引入低成本纳米材料的建议，于是碳纳米纤维应运而生。碳纳米纤维是一种石墨材料，具备优秀能力的抗拉强度和高导电性。碳纳米纤维对UHPFRC的作用是提高其耐久性至100年以上，最重要的是增加抗拉开裂强度和应变硬化比。

　　通常来说，表征纤维增强混凝土，特别是UHPFRC的抗拉性能是具有挑战性的。文献中最广泛使用的两种方法是直接拉伸试验和带有点对点逆向分析的弯曲试验。直接拉伸试验施加的弯曲应力较少，但难以进行；而弯曲试验易于进行，但需要复杂的后处理来预测单轴抗拉行为。每种方法都有其优缺点。

　　我所讨论的方法是一种简化的四点逆向分析方法，既简化了操作，又保证了准确性。该方法基于从实验载荷-挠度曲线中提取四个关键点。第一个点是弹性行为的两个点，分别对应初始刚度的75%和40%的交点。第三个点是硬化行为的裂缝定位点，取最大载荷的97%。第四个点是软化行为的点，取裂缝定位点的80%。这种方法与其他方法一样，也有其局限性。根据相关规范，材料必须是硬化的，即最终强度至少比弹性强度高10%。此外，初始刚度的40%必须小于裂缝定位点。该方法还要求最终应变至少是弹性应变的10倍。

　　在实验中，我们测试了尺寸为75×75×300的未加固试件，使用了两个LVDT，每侧一个。个人会使用了三个不同的批次，但它们的混合设计相同。混凝土从一个方向浇筑，浇筑方向与测试方向相同，养护为标准养护。个人会使用了含有2%直钢纤维的NFUHPFRC，纤维尺寸为0.3×13毫米。试件在28天龄期使用100千牛顿的机器来测试，加载速率分为两个阶段，符合ASTM C1609标准。

　　如前所述，规范要求P3必须大于P2，这在这里得到了满足。然而，当我们查看图表时，能够正常的看到这是S0，这是P1（初始刚度的75%），这是P2（初始刚度的40%）。能够正常的看到，P1和P2位于软化区域，甚至不在硬化区域，而P3实际上大于P2，因此满足规范要求。然而，当咱们进行逆向分析时，得到了不现实的数值，尤其是在最终部分。

　　在这个图表中，能够正常的看到载荷和挠度随时间变化的曲线，并能看到加载速率变化的开始和开裂的开始。这是第一个样本。现在在第二个样本中，能够正常的看到P3实际上小于P2，默认情况下，当P3小于P2时，该方法不适用。但仍然能够正常的看到，初始刚度的75%和40%也位于应变软化区域，而不是应变硬化区域。

　　这是我们得到的典型载荷-挠度曲线与规范化载荷-挠度曲线的比较，类似的结果是最终部分得到了不现实的结果。

　　这在某种程度上预示着，当满足规范限制时，P1和P2（分别为初始刚度的75%和40%）位于软化分支，这使得Δ3小于Δ1。因此，当我们将这些值代入逆向分析的方程时，会得到负值，这意味着该方法不适用。每当P3不大于P2时，默认情况下该方法不适用。因此，我们大家可以得出结论，选择75%和40%的刚度限制了可以建模的混凝土范围。若使用90%和95%的割线刚度，这种混凝土可以建模，但会更难，因为从实验曲线中提取合适点会更困难，因为割线刚度和实验曲线之间的交点角度较小。

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