輕骨料混凝土力學(xué)性能的細(xì)觀數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展，近幾十年來(lái)，數(shù)值分析方法成為水工建筑物、海洋采油平臺(tái)、大跨高聳結(jié)構(gòu)等大型結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)計(jì)算中的重要分析手段。基于在模擬混凝土內(nèi)部裂縫發(fā)生、擴(kuò)展以及計(jì)算裂縫寬度上的優(yōu)勢(shì)，剛體彈簧元法成為一種非常具有發(fā)展前景的數(shù)值分析方法。本文采用細(xì)觀剛體彈簧元法，模擬了輕骨料混凝土靜態(tài)加載下的力學(xué)性能及裂縫擴(kuò)展特征，并將數(shù)值模擬結(jié)果與已有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，驗(yàn)證了細(xì)觀數(shù)值模擬方法的有效性和可行性。本文具體開(kāi)展了以下幾方面的工作

2、： 1.在細(xì)觀層次上，將輕骨料混凝土看成由輕粗骨料顆粒(陶粒)、砂漿及其界面組成的三相復(fù)合材料，將剛體彈簧元法引入輕骨料混凝土力學(xué)性能及裂縫擴(kuò)展的數(shù)值模擬中，確定了適合輕骨料混凝土細(xì)觀數(shù)值模擬的各種參數(shù)，包括：?jiǎn)卧獎(jiǎng)澐志?、輕粗骨料的彈性模量、泊松比、抗拉強(qiáng)度、骨料級(jí)配等，建立了細(xì)觀層次上不同類(lèi)型單元間(砂漿一砂漿、砂漿一骨料、骨料一骨料)的本構(gòu)關(guān)系和強(qiáng)度準(zhǔn)則。 2.開(kāi)展了軸心受壓加載下，不同邊界約束時(shí)，棱柱體試件受力過(guò)

3、程的數(shù)值模擬分析，研究了試件兩端是否采取減摩措施對(duì)試件承載力及裂縫擴(kuò)展形式的影響規(guī)律，與試驗(yàn)現(xiàn)’象基本一致。模擬了三種尺寸立方體試件，100mm×100mm×100mm、150mm×150mm×150mm、200mm×200mm×200mm單軸受壓的破壞過(guò)程，得到不同試件尺寸對(duì)立方體受壓力學(xué)性能的影響規(guī)律，與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。 3.數(shù)值模擬了棱柱體試件單軸受壓、單軸受拉的受力破壞過(guò)程，得到了靜態(tài)加載下單軸受壓、單軸受拉的應(yīng)力一應(yīng)

4、變?nèi)€，分析了影響裂縫擴(kuò)展的因素及峰值應(yīng)力與峰值應(yīng)變之間的關(guān)系，數(shù)值分析得到的應(yīng)力一應(yīng)變曲線能夠較好的符合試驗(yàn)曲線。根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果，建議了一個(gè)有理分式作為輕骨料混凝土單軸受壓應(yīng)力一應(yīng)變?nèi)€的解析表達(dá)式以及一個(gè)多項(xiàng)式作為單軸受拉應(yīng)力一應(yīng)變?nèi)€上升段的解析表達(dá)式。 4.模擬了純砂漿梁和輕骨料混凝土梁的受彎破壞過(guò)程，研究了單點(diǎn)集中加載和三分點(diǎn)加載情況下，梁的受彎強(qiáng)度和裂縫擴(kuò)展規(guī)律，分析了加載方式、水灰比、開(kāi)口高度對(duì)其峰值荷載及