【摘要】：為了從材料細觀非均質(zhì)角度揭示混凝土強度尺寸效應(yīng)機理,建立了混凝土細觀單元等效非均質(zhì)力學(xué)模型,開展了立方體抗拉、抗壓強度尺寸效應(yīng)細觀數(shù)值模擬研究。研究結(jié)果表明:混凝土強度尺寸效應(yīng)根源于材料細觀非均質(zhì)性,隨著模型尺寸的增加,混凝土材料細觀單元彈性模量變異系數(shù)增大,材料細觀非均質(zhì)性增強,大尺寸模型內(nèi)部存在更多的低強度單元或缺陷,導(dǎo)致混凝土立方體抗拉、抗壓強度降低,極限應(yīng)變減小,脆性增大;混凝土損傷破壞由少量集中區(qū)域,發(fā)散擴展形成多條非貫通的裂紋帶;數(shù)值模擬結(jié)果與尺寸效應(yīng)實驗數(shù)據(jù)相吻合。
【圖文】：

圖１不同尺寸混凝土隨機骨料模型Ｆｉｇ．１Ｒａｎｄｏｍａｇｇｒｅｇａｔｅｓｍｉｃｒｏｍｏｄｅｌｓｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｚｅ表１不同尺寸模型內(nèi)骨料顆粒數(shù)Ｔａｂｌｅ１Ａｇｇｒｅｇａｔｅｓｐａｒｔｉｃｌｅｓｎｕｍｂｅｒｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｚｅｍｏｄｅｌｓ模型邊長／ｍｍ骨料顆粒數(shù)／個小石中石１５０４２１３２５０１１６３７３５０２２８７３４５０３７６１２０６００２１３６６９隨機骨料模型內(nèi)各項材料采用圖２所示的雙線性彈性損傷材料本構(gòu)關(guān)系。細觀組分的力學(xué)材料參數(shù)參考文獻［２－３］，如表２所示。注：σ０為峰值應(yīng)力；σｒ為殘余應(yīng)力σｒ＝λσ０；λ為殘余應(yīng)力系數(shù)；ε０為峰值應(yīng)變；εｒ為殘余應(yīng)變εｒ＝ηε０；η為殘余應(yīng)變系數(shù)；εｕ為極限應(yīng)變εｕ＝ξε０；ξ為極限應(yīng)變系數(shù)圖２各組分材料的本構(gòu)關(guān)系模型Ｆｉｇｕｒｅ２Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌｏｆｃｏｍｐｏｎｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓ表２各組分材料的力學(xué)參數(shù)Ｔａｂｌｅ２Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｃｏｍｐｏｎｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓ材料彈性模量Ｅ／ＧＰａ泊松比ν拉壓強度σ０／ＭＰａληξ砂漿３５０．２２３．０／３００．１４１０骨料５００．１６６．０／８００．１４１０界面２００．２０１．８／１８０．１４１０１．２細觀單元等效模型以隨機骨料模型為基礎(chǔ)，采用特征單元尺寸重新進行網(wǎng)格劃分，建立細觀單元等效非均質(zhì)力學(xué)模型。網(wǎng)格重新劃分后，新的大尺寸單元是由若干個骨料、砂漿或界面小單元材料組成，其力學(xué)性能采用“兩步等效”方法確定。首

圖３骨料與等效體Ａ的并聯(lián)模型Ｆｉｇ．３Ｐａｒａｌｌｅｌｍｏｄｅｌｏｆａｇｇｒｅｇａｔｅａｎｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ－ＡＥ＝ＣＡＥＡ＋ＣａｇＥａｇ（９）Ｋ＝ＣＡＫＡ＋ＣａｇＫａｇ（１０）Ｇ＝ＣＡＧＡ＋ＣａｇＫａｇ（１１）式中：Ｅａｇ為骨料彈性模量；ＣＡ為等效體Ａ體積分數(shù)，即砂漿與粘結(jié)界面體積分數(shù)之和ＣＡ＝Ｃｍｏ＋Ｃｉｔｚ（１２）由Ｇ＝Ｅ２（１＋ν），得知單元等效的泊松比ν為ν＝Ｅ２Ｇ－１＝ＣＡＥＡ＋ＣａｇＥａｇＣＡＥＡ１＋νＡ＋ＣａｇＥａｇ１＋νａｇ－１（１３）由于每個新單元內(nèi)包含的砂漿、骨料、粘結(jié)界面單元材料的個數(shù)不相同，根據(jù)兩步等效方法確定的新單元材料力學(xué)性能各異，由此建立了混凝土細觀非均質(zhì)力學(xué)模型，如圖４所示。圖４混凝土細觀單元等效模型的建立Ｆｉｇ．４Ｍｅｓｏ－ｅｌｅｍｅｎｔｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌ１．３混凝土材料細觀非均質(zhì)性統(tǒng)計混凝土是由粗細骨料、砂漿基質(zhì)、粘結(jié)界面、孔隙及裂紋等組成的高度非均質(zhì)材料，研究混凝土尺寸效應(yīng)規(guī)律需要考慮材料細觀非均質(zhì)性，本文以細觀單元模量的變異系數(shù)作為混凝土材料非均質(zhì)性度量的指標，，開展不同尺寸模型細觀單元彈性模量的非均質(zhì)統(tǒng)計分析，嘗試從材料細觀非均質(zhì)角度研究解釋混凝土尺寸效應(yīng)機理。由復(fù)合材料的Ｖｏｉｇｔ并聯(lián)模型推導(dǎo)的公式，可以得到混凝土細觀等效力學(xué)模型中各單元的等效彈性模量，進而得到細觀單元等效彈性模量的均值、標準差及變異系數(shù)為s冢牛潔ｎｉ＝１Ｅｉｎ（１４）ｓ＝

本文編號：2544034