[摘　要] 　研究碳/芳綸混雜柔性纖維混凝土的動力特性。從柔性纖維的幾何特點和受力性能出發，采用了懸臂梁纖維混凝土試件進行波動特性的研究。柔性纖維混凝土能夠承受較大的變形，增大了材料能量耗散，改善了動力性能。纖維混雜以及波紋纖維的曲線角對其動力耗散有重要的作用。

[關鍵詞] 　混雜柔性纖維；纖維混凝土；動力響應

柔性纖維復合材料是20世紀80年代后期才出現的一種新型材料，它與熱固性或熱塑性聚合物基體復合材料相比有較大的變形范圍，有較高的承載能力和良好的動力性能，在低應力作用時，呈低剛度性能，而在高應力作用時，卻表現出相當高的強度和剛度。它的應用也很廣泛，從汽車、飛機的輪胎、傳送帶，輕便房屋結構，帳篷，降落傘，減速器，防彈衣，建筑隔板到球拍等都可以用柔性復合材料來制造^[1]。

混凝土材料一直是一種低應變的脆性材料，主要是用于抗壓和靜態環境，隨著混凝土改性的研究，混凝土的彈塑性功能日益增長，傳統觀念上的混凝土已經被大大突破了，具有特殊功能的混凝土不斷涌現^[2，3]。混雜柔性纖維混凝土，利用不同性能的纖維材料構建柔性纖維混凝土，充分發揮不同纖維的優勢，混雜效應明顯，是纖維混凝土研究的一個新的方向。

1 　柔性纖維的幾何分析

為了適應低應力較大的變形需要，柔性復合材料的增強纖維通常設計為曲線形狀。 對于連續纖維而言，可考慮設計為正弦波型的纖維形式^[2～3]。

其中λ為波長，a為幅值。

若用θ表示纖維曲線的切線夾角，那么

纖維的微分長度為

其中       。由式(2)可知

這樣波長內纖維長度

利用第二類橢圓積分式(5)可表示為

其中

對于連續纖維，其曲線形式組合通常可分為等相位組合和隨機相位組合兩類。 對于等相位曲線纖維，若x坐標相同，曲線纖維的θ也相同，而對于隨機相位曲線纖維的θ值無一定的規律，隨機相位的曲線纖維有如下形式

其中l為纖維在x方向的平移系數，那么纖維的方向角可以定義在如下范圍

纖維的方向角θ與纖維的柔性有關。

2 　動力響應的實驗研究

實驗首先通過自由振動法測量纖維混凝土簡單結構的動力特性，其次由靜力試驗測量材料的力學性能。所用纖維的物理力學性能為：碳纖維T300-12K，抗拉強度3530MPa，彈性模量230GPa，伸長率1.5%；芳綸纖維Twaron-1K，抗拉強度2800MPa，彈性模量65GPa，伸長率3.4%。

圖1為試驗用的兩種柔性纖維網片。實驗試件的制作如下：AC20—碳-芳綸纖維相間混雜，曲線角20；AC30—碳-芳綸纖維相間混雜，曲線角30；A20—芳綸纖維，曲線角20；A30—芳綸纖維，曲線角30；C20—碳纖維，曲線角20；C30—碳纖維，曲線角30；C0 —無纖維。 配比：1∶1.8∶2.0；水灰比：0.45 ； 聚灰比：0.05。 

3 　動力響應分析

用計算機對瞬態響應曲線作快速傅立葉變換，可得到頻譜圖。從頻譜曲線上用峰值列表法很容易定出各階固有頻率，如圖2給出了AC20試件某時段的瞬態響應曲線以及相應的FFT實時譜。

　  從上述的試驗和理論分析，可以總結如下：

(1)增強纖維可以降低構件固有頻率，碳纖維的影響較芳綸纖維大，混雜纖維的影響小于兩者。纖維曲線角對構件固有頻率也有影響。

(2)纖維會影響對數衰減系數。碳纖維和芳綸纖維會增大對數衰減率，就曲線角對衰減系數的影響來講，曲線角30°時的影響較明顯。

(3)波紋纖維對固有頻率和對數衰減率的影響，最終體現在它可以增大構件的阻尼比。碳纖維的效果較芳綸纖維好，混雜纖維的效果介于兩者之間。纖維曲線角對構件阻尼比也有影響，當混雜纖維曲線角為30°時，構件的阻尼比較大。

(4)表1中材料損耗因子β反映了材料動力能量的耗散能力與纖維曲線角有關，也反映了混雜纖維的耗散能力較強^[4～6]，值得研究者注意。

　   含波紋纖維混凝土是纖維增強材料混凝土在概念上一種更新和進步，更強調了混凝土材料的基體彈塑性，具有從小變形到大變形然后再到小變形的特殊過程，特別是其動力響應和能量耗散均有較好的性能，對于混凝土既保持原有抗壓的優良性能又擴展其他功能具有特別的作用。波紋纖維的曲線角對其動力耗散有重要的作用，但波紋纖維曲線角大于30°時作用減少，說明纖維曲線角增大到一定程度，就成為橫向增強的主要因素，而在縱向的作用降低。 波紋纖維可以預制成定型織物，橫向用可降解纖維編織固定，澆筑以后仍可保留原有形狀。混凝土作為傳統的低應變脆性材料的觀念正在改變，期待更多的研究能進一步實現這種改變。

[參考文獻]

[1] CHOU T W . Review flexible composites[J]. J Mater Sci，1989，24：761-783。

[2] 姚立寧.柔性復合材料及其應用[J]. 力學進展，1993，23(3)：386-397。[J].力學進展，    1993， 23(3)：386-397。

[3] 姚立寧. 平紋織物復合材料的振動能量耗散及阻尼分析[J]。 固體力學學報， 1995，16(1)：69-73。

[4] 姚立寧，張妃二，郭仁俊等。 波紋纖維混凝土的動力耗散研究[J]。 河南科學， 2002，20(6)：638-641。

[5] 姚立寧.中空柔性纖維混凝土動力耗散研究[M]。 北京：清華大學出版社，2002： 262-267。

[6] 姚立寧. 柔性纖維混凝土波動特性研究[J]。 華南理工大學學報(自然科學版)， 2003，31：41-43。

作者：

(1. 廣州航海高等專科學校交通建筑系，廣東廣州510725 ；2. 廣東工業大學建設學院，廣東廣州510090)