[发明专利]一种纤维-骨料混合堆积体的填充密度及空隙率预测方法

权利要求书

1.一种纤维-骨料混合堆积体的填充密度及空隙率预测方法，包括如下步骤：

步骤S1：划分粒径区间，粒径区间i＝1,2,3……；

步骤S2：把钢纤维视作颗粒以将其纳入到填充密度模型，采用体积等效法计算各类钢纤维的等效球体粒径d_f-eq：

d_f-eq(k)＝{1.5·[d_f(k)]²·l_f(k)}^1/3；

式中，d_f(k)为第k种类型钢纤维的直径；l_f(k)为第k种类型钢纤维的长度；

步骤S3：计算钢纤维与各粒径区间骨料的等效粒径比s_eq，计算公式如下：

s_eq(i,k)＝d_f-eq(k)/D_i；

式中，D_i为粒径区间i的平均粒径，D_min为粒径区间i的下筛筛孔直径，D_max为粒径区间i的上筛筛孔直径；

步骤S4：计算单根纤维对周边骨料的微扰动体积v_p，计算公式如下：

k_F为单根钢纤维对周边骨料的微扰动体积系数；

步骤S5：通过用钢纤维掺入体积除以单根纤维体积的方法，计算在钢纤维体积掺量V_f(k)下，混凝土中的第k种纤维的纤维根数N_f，计算公式如下：

N_f(k)＝V_f(k)/V_{f_single}(k)，式中，V_f-single(k)为单根纤维的圆柱体体积；

步骤S6：筛分骨料，测量各粒径区间骨料的填充密度α_i；

步骤S7：计算纤维扰动下各骨料粒径区间i的虚拟填充密度β_i：

式中，K为骨架压实系数，Δ(i)为骨料粒径区间i的受纤维影响的扰动作用系数；

步骤S8：计算虚拟骨架体系的虚拟填充密度γ，计算公式如下：

式中，粒径区间i＝1,2,3…，粒径区间j＝1,2,3…；γ_i为骨料混合后考虑骨料之间松动效应和壁效应虚拟填充密度；a_ij为粒径区间j对粒径区间i的松动效应系数；b_ij为粒径区间i对粒径区间j的壁效应系数；

步骤S9：计算骨料颗粒骨架实际填充密度Φ，计算公式如下；

式中，y_i为骨架混合体系粒径区间i的体积占比；上式没有显示解，利用压实系数K单调递增、非负特性，在MATLAB中利用牛顿迭代法进行隐式求解骨料颗粒骨架实际填充密度Φ；

步骤S10：计算骨料颗粒骨架空隙率，计算公式如下：

P_void-a＝1-Φ。

2.根据权利要求1所述的一种纤维-骨料混合堆积体的填充密度及空隙率预测方法，其特征在于，所述步骤S4中单根钢纤维对周边骨料的微扰动体积系数k_F计算公式如下：

3.根据权利要求1所述的一种纤维-骨料混合堆积体的填充密度及空隙率预测方法，其特征在于，所述步骤S5中单根纤维的圆柱体体积V_f-single(k)为计算公式如下：

4.根据权利要求1所述的一种纤维-骨料混合堆积体的填充密度及空隙率预测方法，其特征在于，步骤S7中各骨料粒径区间i的受纤维影响的扰动作用系数Δ(i)计算公式如下：

V_f(k)为钢纤维单位体积掺量。

5.根据权利要求1所述的一种纤维-骨料混合堆积体的填充密度及空隙率预测方法，其特征在于，步骤S8中松动效应系数和壁效应系数计算如下：

a_ij＝1-(1-s)^5.0-1.9·s·(1-s)^3.1

b_ij＝1-(1-s)^1.9-2.1·s·(1-s)^10.5-0.2·(1-s)^7.6

式中，s＝D_j/D_i，即单粒径级配平均颗粒直径比；

对于球形/近似球形骨料，作用系数计算如下：

a_ij＝1-(1-s)^3.3-2.6·s·(1-s)^3.6

b_ij＝1-(1-s)^1.9-2.0·s·(1-s)^6.0

式中，s＝D_j/D_i，即单粒径级配平均颗粒直径比。