混凝土拉压强度尺寸效应的细观非均质机理

发布时间：2019-09-29 16:34

【摘要】：为了从材料细观非均质角度揭示混凝土强度尺寸效应机理,建立了混凝土细观单元等效非均质力学模型,开展了立方体抗拉、抗压强度尺寸效应细观数值模拟研究。研究结果表明:混凝土强度尺寸效应根源于材料细观非均质性,随着模型尺寸的增加,混凝土材料细观单元弹性模量变异系数增大,材料细观非均质性增强,大尺寸模型内部存在更多的低强度单元或缺陷,导致混凝土立方体抗拉、抗压强度降低,极限应变减小,脆性增大;混凝土损伤破坏由少量集中区域,发散扩展形成多条非贯通的裂纹带;数值模拟结果与尺寸效应实验数据相吻合。
【图文】：

图１不同尺寸混凝土随机骨料模型Ｆｉｇ．１Ｒａｎｄｏｍａｇｇｒｅｇａｔｅｓｍｉｃｒｏｍｏｄｅｌｓｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｚｅ表１不同尺寸模型内骨料颗粒数Ｔａｂｌｅ１Ａｇｇｒｅｇａｔｅｓｐａｒｔｉｃｌｅｓｎｕｍｂｅｒｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｚｅｍｏｄｅｌｓ模型边长／ｍｍ骨料颗粒数／个小石中石１５０４２１３２５０１１６３７３５０２２８７３４５０３７６１２０６００２１３６６９随机骨料模型内各项材料采用图２所示的双线性弹性损伤材料本构关系。细观组分的力学材料参数参考文献［２－３］，如表２所示。注：σ０为峰值应力；σｒ为残余应力σｒ＝λσ０；λ为残余应力系数；ε０为峰值应变；εｒ为残余应变εｒ＝ηε０；η为残余应变系数；εｕ为极限应变εｕ＝ξε０；ξ为极限应变系数图２各组分材料的本构关系模型Ｆｉｇｕｒｅ２Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌｏｆｃｏｍｐｏｎｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓ表２各组分材料的力学参数Ｔａｂｌｅ２Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｃｏｍｐｏｎｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓ材料弹性模量Ｅ／ＧＰａ泊松比ν拉压强度σ０／ＭＰａληξ砂浆３５０．２２３．０／３００．１４１０骨料５００．１６６．０／８００．１４１０界面２００．２０１．８／１８０．１４１０１．２细观单元等效模型以随机骨料模型为基础，采用特征单元尺寸重新进行网格划分，建立细观单元等效非均质力学模型。网格重新划分后，新的大尺寸单元是由若干个骨料、砂浆或界面小单元材料组成，其力学性能采用“两步等效”方法确定。首

图３骨料与等效体Ａ的并联模型Ｆｉｇ．３Ｐａｒａｌｌｅｌｍｏｄｅｌｏｆａｇｇｒｅｇａｔｅａｎｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ－ＡＥ＝ＣＡＥＡ＋ＣａｇＥａｇ（９）Ｋ＝ＣＡＫＡ＋ＣａｇＫａｇ（１０）Ｇ＝ＣＡＧＡ＋ＣａｇＫａｇ（１１）式中：Ｅａｇ为骨料弹性模量；ＣＡ为等效体Ａ体积分数，即砂浆与粘结界面体积分数之和ＣＡ＝Ｃｍｏ＋Ｃｉｔｚ（１２）由Ｇ＝Ｅ２（１＋ν），得知单元等效的泊松比ν为ν＝Ｅ２Ｇ－１＝ＣＡＥＡ＋ＣａｇＥａｇＣＡＥＡ１＋νＡ＋ＣａｇＥａｇ１＋νａｇ－１（１３）由于每个新单元内包含的砂浆、骨料、粘结界面单元材料的个数不相同，根据两步等效方法确定的新单元材料力学性能各异，由此建立了混凝土细观非均质力学模型，如图４所示。图４混凝土细观单元等效模型的建立Ｆｉｇ．４Ｍｅｓｏ－ｅｌｅｍｅｎｔｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌ１．３混凝土材料细观非均质性统计混凝土是由粗细骨料、砂浆基质、粘结界面、孔隙及裂纹等组成的高度非均质材料，研究混凝土尺寸效应规律需要考虑材料细观非均质性，本文以细观单元模量的变异系数作为混凝土材料非均质性度量的指标，，开展不同尺寸模型细观单元弹性模量的非均质统计分析，尝试从材料细观非均质角度研究解释混凝土尺寸效应机理。由复合材料的Ｖｏｉｇｔ并联模型推导的公式，可以得到混凝土细观等效力学模型中各单元的等效弹性模量，进而得到细观单元等效弹性模量的均值、标准差及变异系数为s冢牛洁ｎｉ＝１Ｅｉｎ（１４）ｓ＝

本文编号：2544034