Vedonalaisen kuitulujitetun betonin konstitutiivinen mallintaminen

Työssä tutkitaan kuitulujitetun betonin mekaniikkaa yksiaksiaalisessa vetorasituksessa. Pääpaino on halkeilun jälkeisessä käyttäytymisessä. Kuidun ja matriisin yhteistoiminta on leikkausjännitysten siirtymistä. Jännitys voi olla luonteeltaan kimmoista tai kitkallista. Kuidun tartuntaparametrit voidaan selvittää yksinkertaisen ulosvetokokeen ja teorian avulla. Laskettujen parametrien avulla saadaan eripituisten kuitujen voima-siirtymäkuvaajat. Yksinkertaisessa konstitutiivisessa mallissa (ns. ACK-malli) on perusoletuksena, että kuidut ovat jatkuvia ja yhdensuuntaisia. Matriisi halkeilee useasta kohdasta. Halkeilun jälkeen materiaalissa ainoastaan kuidut toimivat. Lyhyiden ja erisuuntaisten kuitujen vaikutus otetaan huomioon tehokkuusluvuilla. Malli sisältää vain lujittuvan osan jännitys-venymäkuvaajasta. Wangin kehittämässä tilastollisessa mallissa oletetaan, että rakenteeseen syntyy vain yksi halkeama. Teoria ei ota huomioon sitä, että kuitua vedettäessä myös matriisi venyy. Jännitys-venymäkuvaajasta saadaan myös myötöpehmenevä osa. Tässä työssä esitetään uusi konstitutiivinen malli. Sillä voidaan laskea komposiitin käyttäytyminen lopulliseen murtoon asti. Jännitys-venymäkäyrän lisäksi tuloksena saadaan halkeamaleveys ja halkeamaväli. Malli ottaa huomioon yhden tai usean halkeaman syntymisen sekä erilaiset murtotavat: kuitujen katkeamisen tai irtoamisen. Kuidut ovat pyöreitä ja sileitä. Ne voivat olla pitkiä tai lyhyitä, yhdensuuntaisia tai satunnaisesti jakautuneita, hauraita tai sitkeitä, jäykkiä tai pehmeitä. Myös useita erilaisia kuituja voi olla samassa matriisissa. Uuden mallin antamat tulokset ovat sopusoinnussa kummankin referoidun mallin kanssa. Mallilla voidaan tutkia eri suureiden vaikutusta ja jopa löytää uusia lainalaisuuksia. Mallia voidaan käyttää myös komposiittimateriaalien suunnitteluun. Malli soveltuu myös muille hauraan matriisin komposiiteille, kuten kuitukeraameille