考慮材料非均質(zhì)性影響的混凝土破壞過程模擬.pdf

1、從細觀層次著手，將混凝土視為由骨料、砂漿及二者之間的界面層(ITZ)所組成的三相復(fù)合材料，建立了包含球形和橢球形骨料的混凝土三維體積元模型。模擬了混凝土單軸拉壓破壞過程，探討了ITZ過渡區(qū)缺陷對破壞過程的影響。進一步模擬了混凝土在循環(huán)荷載下的力學行為，通過修正混凝土塑性損傷模型，實現(xiàn)了對混凝土循環(huán)荷載下裂縫閉合行為的模擬。
　　主要完成的工作如下:
　　對現(xiàn)有的混凝土材料破壞模擬方法進行了總結(jié)，歸納和分析了混凝土宏觀和細觀破

2、壞模型。
　　依據(jù)文獻中的試驗數(shù)據(jù)，擬合反演得到混凝土塑性損傷模型中的相關(guān)參數(shù)，給出了模擬分析中需要的不同強度混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。在代表性體積元的基礎(chǔ)上，建立了不同級配混凝土的計算模型。
　　建立了球形和橢球形骨料的三維模型，模擬分析了混凝土單軸拉壓的破壞過程。結(jié)果顯示混凝土在單向拉壓破壞過程中，薄弱的ITZ層誘導了混凝土內(nèi)部的起裂過程。建立了具有不同ITZ層強度的混凝土模型，模擬結(jié)果顯示ITZ層強度對極限荷載曲線以及

3、損傷演化曲線影響顯著，ITZ層強度越低極限荷載越低。通過控制變量法比較不同短長軸比值的橢球骨料模型對混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響，發(fā)現(xiàn)骨料的短長軸比值越大，混凝土的破壞軟化過程越迅速。建立了均質(zhì)和包含三維骨料非均質(zhì)性影響的兩類鋼筋混凝土梁模型，結(jié)果表明局部的非均質(zhì)性導致混凝土的拉壓極限荷載以及彈性模量均有一定程度的下降。將這兩類模型模擬得到的荷載和跨中撓度曲線與報道的試驗曲線進行對比，發(fā)現(xiàn)非均質(zhì)模型的加載曲線更接近試驗曲線。
　　對

4、塑性損傷(CDP)模型進行了修正，修正后的CDP模型可以更高效地模擬混凝土中裂縫的閉合行為。模擬發(fā)現(xiàn)混凝土在彈性階段，由于材料的非均質(zhì)性導致ITZ層更易產(chǎn)生初始損傷，對后期裂紋的擴展影響顯著。模擬分析了循環(huán)載荷下實際鋼筋混凝土柱的破壞過程，結(jié)果表明修正的CDP模型可以有效地模擬鋼筋混凝土滯回曲線中的捏攏現(xiàn)象。同時模擬了循環(huán)荷載作用下考慮非均質(zhì)影響的混凝土代表體元的破壞過程，結(jié)果顯示ITZ層強度不僅對代表體元的等效彈性模量以及極限荷載有較