混凝土三轴受压性能尺寸效应的试验研究及细观数值模拟
发布时间：2021-10-25 10:32
在实际工程结构中,混凝土通常处于多轴拉伸或压缩复合应力状态下,充分研究这种多轴复合应力状态下混凝土材料的力学性能对确保工程结构的安全耐久至关重要。目前,国内外对标准尺寸混凝土试件的三轴受压性能已进行了大量的试验研究,而对混凝土三轴受压性能尺寸效应的研究较少。另外,受三轴试验装置加载能力的限制,在进行三轴受压性能及尺寸效应的试验研究时通常只能使用较小尺寸的试件。使用数值模拟的方法,不受试验条件的限制,能够在更大尺寸范围内对混凝土在三向压应力作用下的力学性能及尺寸效应开展研究。本文采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法研究了混凝土在三向压应力作用下的力学性能及尺寸效应,主要内容如下:（1）对84个立方体试件进行了三轴受压试验,试件包含三种尺寸分别为100mm、150mm和200mm,试件所受应力比分别为0.00:0.00:1、0.05:0.05:1、0.10:0.10:1、0.15:0.15:1和0.20:0.20:1。试验结果表明:在各应力比下,试件的三轴抗压强度、三轴受压峰值应变和三轴受压极限应变均存在尺寸效应现象,在应力比为0.05:0.05:1时,尺寸200mm试件的三轴抗压...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
骨料破坏
混凝土三轴受压性能尺寸效应的试验研究及细观数值模拟91.4混凝土细观数值模拟研究综述1.4.1混凝土材料研究的层次观点依据研究的尺寸和所采用的方法的不同，Wittmann[84]将混凝土材料分为以下三个层次：宏观、细观和微观层次。宏观层次又称工程结构层次（图1.4(a)）,该层次虽然无法揭示混凝土结构的内在特性与其宏观性能之间的联系，但能得到工程设计所需要的一种平均效应。细观层次又称组构层次（图1.4(b)），在该层次下混凝土材料往往被视为一种由骨料、水泥砂浆基体及二者之间的粘结界面层构成的三相复合材料。微观层次（图1.4(c)）认为在混凝土材料中的水泥砂浆基质中存在的微裂缝（微米量级）是非均匀的。在材料理论得到大发展的今天，对混凝土材料性能的探究开始在纳观层次（图1.4(d)）上进行。该层次主要探究水泥水化的化学反应以及产物的分子结构。(a)宏观尺度(b)细观尺度(c)微观尺度(d)纳观尺度图1.4不同层次示意图混凝土材料在不同研究层次下适用的理论如下表1.2。表1.2研究层次及适用理论[77]研究对象材料构件中的缺陷构件大型工程结构研究尺度纳观层次Nano-level9(10m)微观层次Micro-level6(10m)细观层次Meco-level3(10m)宏观层次Macro-level0(10m)结构层次Structure-level3(10m)基础理论纳米力学微观力学细观损伤力学材料、弹塑性力学损伤、断裂理论结构力学1.4.2细观数值模拟方法的提出过去对混凝土材料性能的研究往往是从宏观层次或结构层次进行，这些研究具有很大的局限性，无法找到混凝土材料组分与其宏观性能间的联系。而混凝土材料又是一种典型的多相复合材料，其宏观力学特性取决于骨料、砂浆等各相材料力学性能参数，也就是说混凝土材料的宏观物理性质?
硕士学位论文10力学指标是目前行之有效的研究方法。细观数值模拟方法运用有限元理论、细观损伤力学和材料科学，从细观层次考虑混凝土材料的多相性和非均匀性。通过使用有限元分析软件来详细模拟混凝土试件中各相材料以及界面条件和边界条件，求解荷载作用下的细观数值模型，从而得到所需的计算结果。细观数值模拟方法能够突破加载条件、试验机刚度和试件尺寸等的限制，将随机理论与计算力学相结合，利用混凝土小试件的物理试验结果标定及验证数值试件，从而达到在更大尺寸范围内探究尺寸效应的目的。1.4.3细观数值模型Roclfstra最早提出了“数值混凝土（NumericalConcrete）”的概念。在1981年Zaitsev进一步提出了“细观层面”的概念，而后细观数值分析的方法逐步被建立起来。三十多年来各国学者为了研究混凝土的性能提出了大量的细观数值模型，如：格构模型[85~87]（图1.5(a)）、细观单元等效化模型[88~90]（图1.5(b)）、随机粒子模型[91]（图1.5(c)）、M-H模型[92]（图1.5(d)）、随机力学特性模型[93,94]（图1.5(e)）以及随机骨料模型[95~97]（图1.5(f)）等。下面主要对随机骨料模型进行分析说明。(a)三维格构模型[97](b)细观单元等效化模型[88~90](c)随机粒子模型[91](d)M-H模型[97](e)随机力学特性模型[92](f)随机骨料模型[97]图1.5混凝土材料的细观数值模型1.4.3.1随机骨料模型混凝土材料细观数值模拟的关键是完成材料中粗骨料形状、级配和分布的模拟。随机骨料模型将混凝土材料视为由粗骨料、硬化水泥砂浆基体及二者之间的粘结界面层构
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同减摩条件下变长度活性粉末混凝土的三轴试验研究[J]. 王哲,吴礼程. 浙江大学学报(工学版). 2019(01)
[2]塑性混凝土三轴受压本构关系影响因素分析[J]. 胡良明,贾欣,张长辉,高丹盈. 人民黄河. 2018(08)
[3]真三轴试验下真实应变对塑性混凝土应力-应变特性的影响[J]. 梁凤凯,梁奉可,梁奉恩. 水利与建筑工程学报. 2018(01)
[4]三轴压下活性粉末混凝土的力学性能研究[J]. 余自若,赵海增,安明喆,刘永前. 铁道学报. 2017(07)
[5]模型尺寸和骨料级配对混凝土细观非均质影响[J]. 杜敏,金浏,李冬,卫爱霞. 应用基础与工程科学学报. 2017(02)
[6]约束高强混凝土三轴受压本构模型分析[J]. 党伟,申世飞. 世界地震工程. 2016(02)
[7]全轻页岩陶粒混凝土三轴受压试验及其破坏准则[J]. 杨健辉,张鹏,王涛,蔺新艳,王钦亭. 工程力学. 2015(10)
[8]基于细观单元等效化方法的混凝土动态破坏行为分析[J]. 金浏,杜修力. 工程力学. 2015(04)
[9]短龄期再生混凝土三轴受压力学性能及其本构关系[J]. 陈宗平,应武挡,陈宇良,姚侃. 建筑材料学报. 2015(06)
[10]高温后再生混凝土三轴受压本构关系[J]. 苏益声,孟二从,陈宗平,陈朋朋. 建筑材料学报. 2015(06)
博士论文
[1]再生混凝土在多轴应力下的强度及本构关系研究[D]. 王玉梅.广西大学 2018
[2]水压作用下井壁高强混凝土力学性能的试验研究[D]. 徐晓峰.中国矿业大学(北京) 2016
[3]细观混凝土分析模型与方法研究[D]. 金浏.北京工业大学 2014
[4]混凝土受压与受拉性能的尺寸效应研究[D]. 苏捷.湖南大学 2013
[5]高温前后高强混凝土多轴力学性能试验研究[D]. 何振军.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]全级配混凝土强度特性尺寸效应的统计分析及细观数值模拟方法研究[D]. 徐小雪.武汉大学 2018
[2]高温后再生混凝土多轴受压性能试验研究[D]. 黄华秋.广西大学 2017
[3]混凝土细观数值模拟及尺寸效应研究[D]. 张颖.哈尔滨工业大学 2017
[4]活性粉末混凝土单轴抗压性能研究[D]. 周传波.湖南大学 2017
[5]基于随机骨料模型细观混凝土界面过渡区力学性能研究[D]. 张迎雪.西北农林科技大学 2017
[6]混凝土双轴受压性能尺寸效应的试验研究[D]. 叶缙垚.湖南大学 2016
[7]活性粉末混凝土三向应力状态下应力—应变曲线以及破坏准则的研究[D]. 朱昊辉.北京交通大学 2016
[8]再生混凝土多轴压强度试验及破坏准则研究[D]. 张家兴.北方工业大学 2015
[9]三向应力状态下高性能混凝土的本构关系研究[D]. 周俊.合肥工业大学 2011
[10]数值混凝土模型的改进及其细观力学特性研究[D]. 梁昕宇.西安理工大学 2008
本文编号：3457218
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
骨料破坏
混凝土三轴受压性能尺寸效应的试验研究及细观数值模拟91.4混凝土细观数值模拟研究综述1.4.1混凝土材料研究的层次观点依据研究的尺寸和所采用的方法的不同，Wittmann[84]将混凝土材料分为以下三个层次：宏观、细观和微观层次。宏观层次又称工程结构层次（图1.4(a)）,该层次虽然无法揭示混凝土结构的内在特性与其宏观性能之间的联系，但能得到工程设计所需要的一种平均效应。细观层次又称组构层次（图1.4(b)），在该层次下混凝土材料往往被视为一种由骨料、水泥砂浆基体及二者之间的粘结界面层构成的三相复合材料。微观层次（图1.4(c)）认为在混凝土材料中的水泥砂浆基质中存在的微裂缝（微米量级）是非均匀的。在材料理论得到大发展的今天，对混凝土材料性能的探究开始在纳观层次（图1.4(d)）上进行。该层次主要探究水泥水化的化学反应以及产物的分子结构。(a)宏观尺度(b)细观尺度(c)微观尺度(d)纳观尺度图1.4不同层次示意图混凝土材料在不同研究层次下适用的理论如下表1.2。表1.2研究层次及适用理论[77]研究对象材料构件中的缺陷构件大型工程结构研究尺度纳观层次Nano-level9(10m)微观层次Micro-level6(10m)细观层次Meco-level3(10m)宏观层次Macro-level0(10m)结构层次Structure-level3(10m)基础理论纳米力学微观力学细观损伤力学材料、弹塑性力学损伤、断裂理论结构力学1.4.2细观数值模拟方法的提出过去对混凝土材料性能的研究往往是从宏观层次或结构层次进行，这些研究具有很大的局限性，无法找到混凝土材料组分与其宏观性能间的联系。而混凝土材料又是一种典型的多相复合材料，其宏观力学特性取决于骨料、砂浆等各相材料力学性能参数，也就是说混凝土材料的宏观物理性质?
硕士学位论文10力学指标是目前行之有效的研究方法。细观数值模拟方法运用有限元理论、细观损伤力学和材料科学，从细观层次考虑混凝土材料的多相性和非均匀性。通过使用有限元分析软件来详细模拟混凝土试件中各相材料以及界面条件和边界条件，求解荷载作用下的细观数值模型，从而得到所需的计算结果。细观数值模拟方法能够突破加载条件、试验机刚度和试件尺寸等的限制，将随机理论与计算力学相结合，利用混凝土小试件的物理试验结果标定及验证数值试件，从而达到在更大尺寸范围内探究尺寸效应的目的。1.4.3细观数值模型Roclfstra最早提出了“数值混凝土（NumericalConcrete）”的概念。在1981年Zaitsev进一步提出了“细观层面”的概念，而后细观数值分析的方法逐步被建立起来。三十多年来各国学者为了研究混凝土的性能提出了大量的细观数值模型，如：格构模型[85~87]（图1.5(a)）、细观单元等效化模型[88~90]（图1.5(b)）、随机粒子模型[91]（图1.5(c)）、M-H模型[92]（图1.5(d)）、随机力学特性模型[93,94]（图1.5(e)）以及随机骨料模型[95~97]（图1.5(f)）等。下面主要对随机骨料模型进行分析说明。(a)三维格构模型[97](b)细观单元等效化模型[88~90](c)随机粒子模型[91](d)M-H模型[97](e)随机力学特性模型[92](f)随机骨料模型[97]图1.5混凝土材料的细观数值模型1.4.3.1随机骨料模型混凝土材料细观数值模拟的关键是完成材料中粗骨料形状、级配和分布的模拟。随机骨料模型将混凝土材料视为由粗骨料、硬化水泥砂浆基体及二者之间的粘结界面层构
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同减摩条件下变长度活性粉末混凝土的三轴试验研究[J]. 王哲,吴礼程. 浙江大学学报(工学版). 2019(01)
[2]塑性混凝土三轴受压本构关系影响因素分析[J]. 胡良明,贾欣,张长辉,高丹盈. 人民黄河. 2018(08)
[3]真三轴试验下真实应变对塑性混凝土应力-应变特性的影响[J]. 梁凤凯,梁奉可,梁奉恩. 水利与建筑工程学报. 2018(01)
[4]三轴压下活性粉末混凝土的力学性能研究[J]. 余自若,赵海增,安明喆,刘永前. 铁道学报. 2017(07)
[5]模型尺寸和骨料级配对混凝土细观非均质影响[J]. 杜敏,金浏,李冬,卫爱霞. 应用基础与工程科学学报. 2017(02)
[6]约束高强混凝土三轴受压本构模型分析[J]. 党伟,申世飞. 世界地震工程. 2016(02)
[7]全轻页岩陶粒混凝土三轴受压试验及其破坏准则[J]. 杨健辉,张鹏,王涛,蔺新艳,王钦亭. 工程力学. 2015(10)
[8]基于细观单元等效化方法的混凝土动态破坏行为分析[J]. 金浏,杜修力. 工程力学. 2015(04)
[9]短龄期再生混凝土三轴受压力学性能及其本构关系[J]. 陈宗平,应武挡,陈宇良,姚侃. 建筑材料学报. 2015(06)
[10]高温后再生混凝土三轴受压本构关系[J]. 苏益声,孟二从,陈宗平,陈朋朋. 建筑材料学报. 2015(06)
博士论文
[1]再生混凝土在多轴应力下的强度及本构关系研究[D]. 王玉梅.广西大学 2018
[2]水压作用下井壁高强混凝土力学性能的试验研究[D]. 徐晓峰.中国矿业大学(北京) 2016
[3]细观混凝土分析模型与方法研究[D]. 金浏.北京工业大学 2014
[4]混凝土受压与受拉性能的尺寸效应研究[D]. 苏捷.湖南大学 2013
[5]高温前后高强混凝土多轴力学性能试验研究[D]. 何振军.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]全级配混凝土强度特性尺寸效应的统计分析及细观数值模拟方法研究[D]. 徐小雪.武汉大学 2018
[2]高温后再生混凝土多轴受压性能试验研究[D]. 黄华秋.广西大学 2017
[3]混凝土细观数值模拟及尺寸效应研究[D]. 张颖.哈尔滨工业大学 2017
[4]活性粉末混凝土单轴抗压性能研究[D]. 周传波.湖南大学 2017
[5]基于随机骨料模型细观混凝土界面过渡区力学性能研究[D]. 张迎雪.西北农林科技大学 2017
[6]混凝土双轴受压性能尺寸效应的试验研究[D]. 叶缙垚.湖南大学 2016
[7]活性粉末混凝土三向应力状态下应力—应变曲线以及破坏准则的研究[D]. 朱昊辉.北京交通大学 2016
[8]再生混凝土多轴压强度试验及破坏准则研究[D]. 张家兴.北方工业大学 2015
[9]三向应力状态下高性能混凝土的本构关系研究[D]. 周俊.合肥工业大学 2011
[10]数值混凝土模型的改进及其细观力学特性研究[D]. 梁昕宇.西安理工大学 2008
本文编号：3457218
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