堆石混凝土力学及冻融损伤性能的细观数值仿真试验研究

发布时间：2020-11-19 20:17

　　 堆石混凝土是一种结合了自密实混凝土和预填堆石技术而发展起来的新型大体积混凝土,具有施工速度快、温控措施简单、经济成本低及绿色环保等诸多优点,未来将具有良好的应用前景。工程实践表明,力学性能和耐久性是影响堆石混凝土广泛应用的两个重要因素,但目前受到试件制作及缩尺效应等试验条件的制约,采用传统物理试验方法进行堆石混凝土力学性能和耐久性能的研究还存在资源消耗大、难以进行真实尺寸试件试验研究等问题与不足。为此,本文首先利用Python自主编制程序,通过ABAQUS软件建立了堆石混凝土的随机骨料模型;然后,运用ABAQUS软件针对堆石混凝土的力学性能进行了数值模拟试验,揭示了堆石率及各相材料参数(堆石、自密实混凝土及界面过渡区)对堆石混凝土抗压强度的影响规律;最后,针对自密实混凝土的冻融损伤特性进行了模拟冻融循环试验,并在此基础上开展了针对堆石混凝土冻融损伤性能的数值仿真试验研究,揭示了堆石混凝土抗压强度和弹性模量在冻融循环过程中的变化规律。研究结果表明:(1)堆石混凝土在不同堆石率下的破坏过程是相似的:从界面过渡区开始出现损伤,损伤沿着堆石表面发展萌生出微裂纹,微裂纹随着荷载的增加逐渐扩展、汇聚,直至贯通试件导致其破坏。(2)堆石对于堆石混凝土内部微裂纹萌生、汇聚和扩展的过程有较大影响,对微裂纹的扩展起到了一定的抑制作用,进而使得堆石率较高的堆石混凝土表现出了较高的抗压强度。(3)自密实混凝土强度等级的提高可有效提高堆石混凝土的抗压强度和弹性模量;堆石弹性模量的增加会显著增大堆石混凝土的弹性模量,但对其抗压强度影响不大;界面过渡区力学性能的提升能有效提高堆石混凝土的抗压强度,但对其弹性模量几乎没有影响。(4)自密实混凝土和堆石混凝土的抗压强度和弹性模量均随着冻融循环次数的增加而呈现出线性降低的规律,且堆石混凝土抗压强度和弹性模量降低的幅度均小于自密实混凝土降低的幅度,说明堆石混凝土表现出了更好的抗冻耐久性。本文运用ABAQUS软件针对堆石混凝土的力学性能及冻融损伤性能分别进行了细观数值仿真试验研究,对堆石混凝土在实际工程中的应用有一定的借鉴意义。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TV431
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 概述
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 填充性能研究现状
        1.2.2 热学特性研究现状
        1.2.3 力学性能研究现状
        1.2.4 耐久性能和长期性能研究现状
        1.2.5 现在研究的不足与问题
    1.3 研究内容
    1.4 技术路线
2 混凝土损伤有限元分析的基本原理
    2.1 损伤力学的基本理论
    2.2 塑性损伤模型
    2.3 损伤有限元计算方法
    2.4 本章小结
3 堆石混凝土细观有限元模型建立方法研究
    3.1 混凝土细观结构分析方法
    3.2 随机堆石的生成方法
        3.2.1 二维骨料模型的生成
        3.2.2 三维骨料模型的生成
        3.2.3 单个堆石的生成
        3.2.4 堆石生成算法
    3.3 随机堆石的投放及细观模型的有限元剖分
        3.3.1 随机骨料投放方法
        3.3.2 细观模型的有限元剖分
        3.3.3 堆石投放及有限元剖分算法
    3.4 细观材料本构模型
    3.5 模型生成应用验证
        3.5.1 试件尺寸
        3.5.2 材料参数
        3.5.3 边界条件及荷载
        3.5.4 数值计算结果
        3.5.5 计算结果与试验结果对比
    3.6 本章小结
4 堆石混凝土抗压力学性能的细观数值仿真试验研究
    4.1 堆石率对堆石混凝土抗压力学性能的影响
        4.1.1 材料参数
        4.1.2 边界条件及荷载
        4.1.3 模拟结果分析
    4.2 材料参数对堆石混凝土抗压力学性能的影响
        4.2.1 自密实混凝土
        4.2.2 堆石
        4.2.3 界面过渡区
    4.3 本章小结
5 堆石混凝土冻融损伤性能的细观数值仿真试验研究
    5.1 概述
        5.1.1 混凝土在冻融循环作用下的损伤破坏机理
        5.1.2 混凝土冻融过程数值模拟的研究现状
    5.2 冻融循环模拟分析的数值方法
        5.2.1 热传导方式
        5.2.2 热应力分析方法
        5.2.3 冻融过程在ABAQUS中的实现
    5.3 自密实混凝土冻融损伤性能的数值模拟
        5.3.1 温度场结果分析
        5.3.2 冻融对力学性能的影响分析
    5.4 堆石混凝土冻融损伤性能的数值模拟
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间主要研究成果

【参考文献】

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本文编号：2890391