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(xì)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(jìn)一步模擬了混凝土在循環(huán)荷載下的力學(xué)行為，通過修正混凝土塑性損傷模型，實(shí)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(jìn)行了總結(jié)，歸納和分析了混凝土宏觀和細(xì)觀破

2、壞模型。
　　依據(jù)文獻(xiàn)中的試驗(yàn)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(qiáng)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(jí)配混凝土的計(jì)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(dǎo)了混凝土內(nèi)部的起裂過程。建立了具有不同ITZ層強(qiáng)度的混凝土模型，模擬結(jié)果顯示ITZ層強(qiáng)度對極限荷載曲線以及

3、損傷演化曲線影響顯著，ITZ層強(qiáng)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(dǎo)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(bào)道的試驗(yàn)曲線進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)非均質(zhì)模型的加載曲線更接近試驗(yàn)曲線。
　　對

4、塑性損傷(CDP)模型進(jìn)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(dǎo)致ITZ層更易產(chǎn)生初始損傷，對后期裂紋的擴(kuò)展影響顯著。模擬分析了循環(huán)載荷下實(shí)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(shí)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(qiáng)度不僅對代表體元的等效彈性模量以及極限荷載有較