第 1 章 绪论
1.1 本研究课题的工程背景及研究意义
在建筑工程中混凝土是一种使用广泛的建筑材料，具有取材简单、制作方便和造价低廉等优点，但是混凝土也有它固有的缺点：自重较大、抗疲劳能力、韧性差、抗拉强度低和耐久差。为了解决混凝土的上述缺点，提升混凝土的抗拉能力，提高混凝土的耐久性，专家和学者研制了纤维混凝土。
纤维混凝土是纤维增强混凝土的简称，它是一种复合的新型材料，通常的情况下以混凝土、砂浆或者水泥净浆做基材，以有机纤维、无机纤维或者金属纤维作为增强材料而组成的一种水泥的复合的材料。在混凝土中掺入纤维，可以明显的提高混凝土的受力性能，纤维可阻碍混凝土中微裂缝的产生与扩大，在纤维混凝土的受力初期，混凝土与纤维共同来承受外力，当外加拉力增加到一定程度或持续一段时间后混凝土逐渐退出工作，主要是纤维承受外力。纤维混凝土比普通混凝土具有较好的抗拉强度，较好的抗冲击韧性，同时提升了混凝土抗渗、防水和抗冻等方面性能，因此，近年来在建筑工程中，纤维混凝土构件得到研究与应用。
聚乙烯醇纤维(PVA 纤维)，在国内又被称之为涤纶纤维，是以高聚合度的优质聚乙烯醇（PVA）为原料，采用特定的先进技术加工而成的一种合成纤维。相比于其他纤维，PVA 纤维粘结性强；不溶于溶剂，有良好的耐磨性和保护胶体性；经过特殊处理具有耐水性；与水泥基材有良好的亲和力和结合性。PVA 纤维相较于其他纤维，能有效地提高混凝土的力学性能，因此能广泛应用到建筑工程上。
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1.2 纤维混凝土的国内外研究现状
目前来说，国内外研究最多的是钢纤维混凝土、碳纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土、聚乙烯醇纤维（PVA）混凝土，其次就是玻璃纤维混凝土和混杂纤维混凝土。
（1）钢纤维混凝土的研究现状钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入适量的短钢纤维而形成的一种混凝土。除了抗压强度，它的其他的物理力学性能都比普通混凝土有明显的改善，在受力的过程中，钢纤维发挥其抗拉强度高的优点，而混凝土发挥其抗压强度高的优势，二者各施所长。
1911 年美国学者最先在普通钢筋混凝土中掺入钢纤维，发现加入钢纤维可以明显提高混凝土的强度，1969 年美国获批“混凝土和钢材组成的二相材料”专利，为当今钢纤维混凝土的技术奠定了基础。随后英国等西方发达国家也发布了关于钢纤维可以提高混凝土力学性能的专利。在第二次世界大战期间，日本进行过钢纤维混凝土的研究并应用于军事工程上。20 世纪 70 年代，美国巴特尔公司制造出了价格低廉的钢纤维， 为了钢纤维的广泛研究提供了经济基础。此后的 20 年间，越来越多国家对钢纤维混凝土的研究提高了重视，尤其日本和英国发展最快。
我国钢纤维混凝土的研究和应用始于 70 年代，近年来，发展异常迅速，已经得到了广泛的应用以及深入的研究。在轻骨料混凝土中掺入钢纤维配制的钢纤维轻骨料混凝土，不仅具有轻骨料混凝土的各种优点，而且能明显提高轻骨料混凝土的抗拉、抗裂性能和韧性，改善混凝土结构的延性、抗疲劳性能和耐久性能。2014 年 4月郑州大学的李长永[1]对钢纤维轻骨料混凝土性能做了研究，得出以下结论：该类轻骨料混凝土劈裂抗拉强度与轴心抗拉强度的比值随轻骨料性质和钢纤维特征含量的变化而变化。2016 年 5 月同是郑州大学的陈京钰[2]又从骨料粒径与纤维长度对钢纤维混凝土断裂性能影响方面进行了研究，得出结论：骨料粒径与纤维长度的耦合作用对钢纤维混凝土的抗压强度影响不显著；当纤维长度与最大骨料粒径的比值在一定范围内，钢纤维混凝土劈拉强度的加强效果随钢纤维长度与骨料粒径比值的增大显现先增加后减小的趋势。
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第 2 章 钢筋 PVA 纤维混凝土梁斜截面有限元分析
2.1 有限元分析方法概述
有限元基本思想就是将结构进行离散化，用有限个容易分析的单元来表示复杂的对象，单元分成了有限个节点相互连接，然后利用变形协调条件进行综合求解。有限元分析就是用有限元法的方法进行分析静态的物理物体。
有限元分析法步骤如下：
（1）预处理：首先建立物体模型，模型中的几何形状被分为若干个单元，每个单元通过节点相互连接。在结点处设置位移或载荷。
（2）分析：把预处理的部分导入到有限元程序中，从而构成非线性方程表示的系统，并进行求解。
（3）后处理：研究有限元软件计算出的结果，并进行分析。
随着科技的发展，可以通过有限元分析法进行结构或构件模拟分析，为试件设计提供依据并与试验结果相互比较，分析两者差异。
在有限元分析中往往会遇到非线性结构分析的问题，在建筑结构工程上非线性问题主要包括以下几个方面：
（1）几何非线性
几何非线性的问题主要是结构的位移本身较大，导致必须按照发生变形后的位置进行建立平衡方程。在线性分析的问题中，由位移的一阶微分得到物体的变形，当变形较大时不能忽略高阶微分变量时，必须考虑几何非线性。
（2）材料非线性问题
材料非线性的问题是由于材料本身的本构关系引起的，在钢筋混凝土的结构过程中，混凝土在受压时的弹塑性变形，受拉区的混凝土开裂，钢筋屈服，钢筋和混凝土发生相对滑移，混凝土徐变和收缩等一系列性质，都是材料的非线性问题。
（3）边界非线性问题
如果材料是弹性的变形又比较小，但因为边界条件的变化也会产生非线性的问题，边界非线性问题最主要是接触的问题。
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2.2 分析模型
本章首先应用有限元分析软件对钢筋 PVA 纤维混凝土梁受剪性能进行分析为同时试验研究提供理论依据，并与试验研究结果相互印证，因此，所建立的模型与试验模型一致。本课题试验是在长春工程学院防灾减灾重点实验室进行，考虑到实验室梁台座情况，试验梁长度取为 1.7m。本课题主要研究钢筋 PVA 纤维混凝土梁斜截面破坏现象，在钢筋混凝土梁配筋设计时，为了确保试验梁斜截面先于正截面破坏，
设计时使试验梁受弯承载力极限值大于斜截面承载力极限值。
本课题设计了 10 根钢筋 PVA 纤维混凝土梁试验梁模型，其中掺杂 PVA 纤维的钢筋混凝土梁 8 根，普通混凝土梁 2 根。其他参数如下：
混凝土强度等级：C30、C35。选择两种强度等级的混凝土进行对比，研究强度对混凝土受力性能的影响。
PVA 纤维体积率：0、0.05%、0.09%、0.15%、0.2%，根据之前学者的研究成果，
选择这四种纤维体积掺杂率较好。选择四个纤维体积率和未掺杂 PVA 纤维的混凝土梁进行对比，分析对比不同纤维体积率对混凝土梁受力性能的影响。
试验梁模型跨度及加载图见图 2-1。
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第 3 章 钢筋 PVA 纤维混凝土梁斜截面受力性能试验研究........................45
3.1 试验目的..................................45
3.2 试件设计.........................................45
第 4 章 钢筋 PVA 纤维混凝土梁软件分析结果与试验结果对比分析.........................66
4.1 极限承载力值有限元与试验对比..............................66
4.2 荷载挠度曲线有限元与试验对比........................................66
第 5 章 结论与展望...........................................73
5.1 主要工作及结论.......................................73
5.11 主要工作...................................73
5.12 结论.......................................73
第 4 章 钢筋 PVA 纤维混凝土梁软件分析结果与试验结果对比分析
4.1 极限承载力值有限元与试验对比
通过有限元分析的结果和试验的结果对比极限承载力如下表 4-1 所示：
由表 4-1 可知，七根构件误差在-5.7%到-12.3%之间，误差较小，在允许范围内。有限元可以较准确模拟试验模型。说明在设置属性与边界条件以及本构关系的选取较正确没有问题，符合实际情况。当混凝土等级相同的情况下，纤维体积率分别为0.05%、0.09%、0.15%和 0.2%时，混凝土梁的承载力与未掺杂纤维的混凝土梁相比逐渐增大，但差值较小。
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第 5 章 结论与展望
5.1 主要工作及结论
5.1.1 主要工作
（1）查找国内外有关 PVA 纤维混凝土的书籍和文献，并进行整理和分析。研究PVA 纤维混凝土构件在实际工程的应用情况和研究情况。
（2）设计合理的试验方案，通过有限元软件模拟混凝土梁的受弯破坏过程，对数据进行分析，然后继续用有限元软件分析更多情况下构件的受力性能。
（3）制作与有限元模型相同参数的钢筋 PVA 纤维混凝土试验梁，做抗剪性能试验，研究分析不同纤维掺量、不同强度、不同截面和不同配筋梁的受力过程以及破坏特征，分析影响 PVA 纤维混凝土梁受力性能的因素。
（4）得出结论不同纤维掺量、不同混凝土强度、尺寸及配筋梁的受剪性能，结合实际情况，阐述 PVA 纤维混凝土梁在工程上应用的优缺点及可行性。
5.1.2 结论
把有限元部分的结果与试验中所得的结果归纳整理得出以下结论：
（1）通过不同 PVA 纤维体积率的钢筋混凝土梁抗剪试验可以得出：在混凝土中加入 PVA 纤维，随着 PVA 纤维体积率的增加，提高了混凝土的抗拉强度。随着 PVA纤维体积率的增加，延缓了斜裂缝的出现，提高混凝土梁的抗裂性能。PVA 纤维体积率的增加，在相同荷载情况下，降低了箍筋应力。
（2）通过不同混凝土强度和截面尺寸的钢筋 PVA 纤维混凝土梁的抗剪试验可以得出：随着混凝土强度的提高，和截面尺寸的增加，提高了纤维混凝土梁的承载力，说明了混凝土强度等级和截面尺寸是影响试验梁承载力的重要因素。
（3）通过不同配筋率的钢筋 PVA 纤维混凝土梁的抗剪试验可以得出：不同配筋率的混凝土梁，随着配筋率的增加，混凝土梁的承载力有所提高，斜裂缝出现得到延缓，提高了混凝土的抗裂性能。
参考文献（略）