基于细观尺度的树脂基混凝土力学性能数值模拟

在细观尺度上对树脂基透水混凝土进行分析研究,采用Python编程语言结合有限元分析软件ABAQUS建立基于随机骨料的三维实体模型模拟骨料单粒级配下的树脂基混凝土在单轴压缩和三点弯曲作用下的损伤断裂和应力分布情况,以删除失效单元的方式来模拟裂纹的扩展过程,得到应力强度值,并对其进行参数化分析。结果表明:数值模拟结果与已有试验结果吻合性较好,能够很好地体现裂纹损伤效果,在细观层次研究的基础上揭示了其宏观力学性能。     

全级配混凝土静动态轴拉断裂试验

以高混凝土坝抗震为背景,全级配混凝土断裂试验存在欠缺。为研究全级配混凝土静态和动态荷载作用下的断裂特性,对含有环切预制裂缝的圆柱体全级配混凝土进行了单轴拉伸试验。通过位移加载方式控制,获得了静态和动态加载条件下的试件荷载–裂缝张开口位移曲线,据此得到了峰值荷载并计算了吸能能力、断裂能和特征长度,进而综合基于扩展有限元的数值模拟求得试件的断裂韧度。结果表明：所测试件均大致沿预制裂缝方向开裂,但静态加载时多表现为骨料与水泥砂浆界面开裂,而快速加载时裂缝来不及沿着最薄弱的方向发展,而可能切断粗骨料,断面上可看到有较多粗骨料破坏。相比于静态加载情形,动态荷载作用下试件的峰值荷载、吸能能力、断裂能和断裂韧度均显著提高,而特征长度略微减小。     

混凝土结构的损伤失稳分析

本文通过运用断裂与损伤力学的相关知识,从理论的角度,阐述了混凝土结构的宏观力学性质与断裂机理,分析了混凝土结构的失稳破坏过程。对比了传统固体力学与断裂损伤力学在混凝土结构分析问题上的异同。断裂力学主要是研究宏观裂纹的扩展以及含宏观裂纹的变形体的力学性能,而损伤力学主要是研究宏观裂纹扩展以前的情况,即微观下混凝土裂纹的形成过程。宏观的损伤力学是以连续介质损伤力学的观点来研究材料的损伤破坏。这种方法的优点是其以材料的宏观力学性能测试为基础,因而便于工程应用。     

剪弯梁宏细观多尺度非线性有限元分析

为深入研究细观粗骨料粒径对混凝土宏观构件非线性力学性能的影响,通过生成满足Fuller级配的骨料粒径,以放置区域像素的RGB(红绿蓝)值判断骨料重叠情况,实现骨料在混凝土内部的随机分布。在此基础上,运用均匀化方法求解二维细观随机多边形骨料模型的等效弹性模量及刚度矩阵,并引入混凝土材料损伤因子模拟剪弯梁裂缝展开,由此构建混凝土多尺度非线性力学模型。结果表明,当混凝土进入塑性阶段后,骨料最大粒径对拉、压状态下损伤因子的相关性不可忽略,并直接影响宏观剪弯梁的裂缝开展及最大塑性应变大小,且有可能改变剪弯梁的破坏模式。     

芳纶抗拉伸曲线模型的探讨

探讨了芳纶的抗拉伸断裂宏观力学模型,并对纤维的力学性能进行了模拟。利用3组件非线性力学模型对应力应变进行分析计算,结果实际与理论吻合的很好。此模型对芳纶的抗拉伸性能有预测作用。同时,对芳纶的抗钩接强度和抗打结强度也作了简介。     

骨料对混凝土力学性能的影响研究

骨料是组成混凝土的骨架,骨料的粒径、颗粒形状及级配等对混凝土的力学性能影响较大.本文从混凝土宏观力学、断裂力学和细观力学三个方面总结分析近年来骨料对混凝土力学性能的影响.结果表明骨料对混凝土宏观力学的影响同对断裂力学和细观力学性能的影响基本一致,期望为改善混凝土的力学性能提供参考.     

废弃陶瓷骨料混凝土的力学性能和三维预测模型研究

为探索废弃陶瓷作为骨料在混凝土工程中的可行性,通过室内试验探讨了陶瓷粗、细骨料对混凝土力学性能的影响,研究了不同陶瓷骨料类型和掺量对混凝土抗压强度、抗折强度和弹性模量的影响,建立了考虑废弃陶瓷骨料掺量和类型的混凝土力学性能三维预测模型。研究结果表明,陶瓷粗骨料的内养护作用使混凝土弹性模量和抗压强度平均提高了10.42%~12.28%,而陶瓷细骨料的掺加使混凝土弹性模量和抗压强度平均降低了7.57%~13.88%。陶瓷粗、细骨料的掺加使混凝土抗折强度平均降低了7.24%~10.52%。另外,基于室内试验和国内外规范,得到了废弃陶瓷骨料混凝土力学性能与国内外规范的异同点。建立的三维预测模型适用于类似废弃陶瓷骨料混凝土的力学性能预测,在一定程度上提高了二维模型的精度。研究结果为废弃陶瓷骨料混凝土的设计和制备提供一定参考,为绿色环保型混凝土的发展提供了一些借鉴思路。     

自燃煤矸石骨料混凝土单轴受压破坏特征及强度分析

对取代率为100％的自燃煤矸石粗、细骨料单掺及同掺的混凝土立方体和棱柱体试件,进行了单轴抗压试验,探讨了不同自燃煤矸石粗、细骨料对混凝土破坏特征和强度的影响.结果表明:所有试件破坏过程相似,经历了弹性变形、裂缝出现、裂缝发展、直至破坏四个阶段,但随着自燃煤矸石骨料掺量的增大,混凝土应力-应变曲线上升段的斜率变小,峰值应变变大,破坏形式由斜截面剪切转为纵向劈裂;自燃煤矸石骨料周围增强的界面区及与水泥砂浆较为良好的弹性协调性,在一定程度上弥补了自身强度低对混凝土强度的不利影响;自燃煤矸石骨料的"内养护"和表面"活性"作用,使单掺自燃煤矸石细骨料混凝土的长期强度增进率较高,但单掺粗骨料及同掺粗、细骨料混凝土的长期强度,受粗骨料自身强度低的影响发展空间有限.     

轻骨料强度研究

一、问题的提出混凝土是由粗骨料、细骨料、水泥水化产物、未水化水泥颗粒、孔隙、裂缝等组成的一种多相复合材料。因此,各个组分的性质和含量不同,都将对混凝土的力学性质产生影响。为了分析粗骨料对混凝土力学性质(或强度)的影响,我们可以将混凝土简化为粗骨料和砂浆两相组成的复合材料。在普通混凝土中,粗骨料是天然石材,其立方体的抗压强度,一般不小于混凝土设计强度的150-200%。因此,普通混凝土受     

不同骨料粒径钢渣透水混凝土力学性能分析及离散元模拟

为研究以废弃钢渣为骨料制备的透水混凝土力学性能,选用两种不同粒径的钢渣骨料制备透水混凝土,通过轴压及劈裂拉伸加载对其基本力学性能进行试验;并结合PFC 3D软件针对钢渣透水混凝土的破坏形态及破坏过程进行了数值模拟.结果表明:骨料粒径大小对钢渣透水混凝土的基本力学性能存在较大影响,骨料粒径越大其静态强度越高;同时通过模拟...     

Model analysis of fracture and failure of concrete as a composite material

The purpose of the present paper is to examine the effect of the mechanical properties and the surface condition of coarse aggregate on the fracture and failure of concrete under uniaxial compression. Two-phase model concretes consisting of mortar matrix and coarse aggregate made of mortar are used to study the failure progress. The fracture process, stress-strain behavior and compressive strength of model concretes are examined in terms of the relative compressive strength of coarse aggregate and mortar matrix, the surface condition of coarse aggregate and other factors.     

PVC粗骨料混凝土的力学和吸能性能分析

将聚氯乙烯(PVC)软板进行粉碎得到级配良好的片状PVC颗粒以不同掺量等体积替代天然粗骨料后加入混凝土中制成试件,做单轴压缩试验和钢球自由落体冲击试验,得到立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、卸载弹性模量和能量吸收率,用来探究不同掺量的PVC粗骨料混凝土力学和吸能性能。结果表明,随PVC粗骨料掺量增加,混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度均呈显著降低趋势,在实际工程中,PVC粗骨料掺量应该控制在20%左右;随PVC粗骨料掺量增加,混凝土脆性得到改善以及延性增强;混凝土的能量吸收能力随PVC粗骨料掺量增加呈显著增加趋势。     

The effect of the bond between the matrix and the aggregates on the cracking mechanism and fracture parameters of concrete

The aggregate–matrix interface plays a leading role in the fracture mechanisms and in the fracture response of concrete. In this work, the influence of the interface on the macroscopic fracture parameters of concrete is investigated. Eleven concrete batches were cast with the same matrix. Different—crushed or rounded—aggregates from the same quarry were used, and several surface treatments were applied to improve or degrade the bond between the matrix and the particles. Fracture tests (three-point bending tests and Brazilian splitting tests) were carried out to determine the fracture energy and other relevant fracture parameters of the concrete batches. The modulus of elasticity and the compressive strength were obtained from uniaxial compression tests. The macroscopic fracture behaviour was modeled by the cohesive crack model with a bilinear softening curve. The results show that concretes with the same matrix and aggregates, and similar behaviour under uniaxial compression, can give very different fracture responses. The work shows how fracture behaviour is governed by the interfacial properties that are also behind the cracking mechanism.     

湿筛混凝土动态受压力学性能及破坏形态细观数值模拟

湿筛混凝土通常用来代替由于骨料粒径较大而不便开展物理试验的水工全级配混凝土。为了研究加载速率对湿筛混凝土力学性能及破坏形态的影响,从细观角度出发,运用颗粒流离散元软件PFC^2D建立湿筛二级配混凝土细观数值试件,根据拟静态单轴压缩(应变速率10^-5 s^-1)试验数据标定出数值试件中砂浆颗粒之间、粗骨料颗粒之间及砂浆颗粒与粗骨料颗粒接触面之间的细观参数,进而开展应变速率为10^-4 s^-1、10^-3 s^-1、10^-2s^-1的动态加载并进行动态力学性能及破坏形态的数值模拟和机理分析。结果表明,不同应变速率下试件的应力-应变曲线形状相近,峰值应力随着应变速率的增加而增大,增长率为7.3%～37.9%,峰值应力处应变增大幅度不大。试件破坏形态与物理试验现象吻合较好,随着应变速率的增加,裂缝数量不断增加,裂缝分布趋于均匀,裂缝数量增长率平均为峰值应力增长率的4.2倍。此外,随着应变速率的增加,数值试件内部的颗粒接触力的不均匀程度有所降低,这表明动态强度的增长与混凝土内部受力的不均匀程度有关。     

粗骨料对混凝土单轴抗压强度及破坏特征影响的数值分析

采用PFC2D离散元首先生成混凝土基质,然后利用Clump技术形成不同形态的粗骨料混凝土数值模型,分析研究粗骨料含量和形态对混凝土强度和损伤演化的影响。获得以下主要结论：随着粗骨料含量的增加混凝土单轴抗压强度增大,相同含量下三角形粗骨料混凝土的强度最高,其次是五边形粗骨料,圆形粗骨料混凝土的强度最低;粗骨料含量小于50％时,随粗骨料含量的增大弹性模量增速较小,而大于50％时增速较大;混凝土破坏的初始微损伤主要集中在结合面处,圆形粗骨料微裂隙沿着结合面切线方向发展,主控破裂面沿着相邻粗骨料的公切线方向发展,多边形粗骨料微裂隙沿边延伸进入基质,主控破裂面为相邻粗骨料角度基本一致边的微裂隙沿边发展贯通而成。混凝土的损伤演化分为：微损伤的随机分布、微裂隙形成和微裂隙贯通形成破裂面三个阶段,粗骨料含量低时混凝土损伤比较集中,形成明显的主控破裂面,粗骨料含量高时内部损伤严重形成网状损伤裂隙。     

掺入塑钢纤维的轻骨料混凝土与钢筋间的力学性能研究

为了分析塑钢轻质骨料加入到混凝土中的力学以及粘结性能,基于试验研究并分析了影响混凝土试件力学以及粘结性能的影响因素,实验结果表明：加入不同比例的塑钢纤维混凝土试件的力学以及粘结性能均表现出了不同的变化特性,混凝土及砂浆的用水量、砂率的不同,会导致塑钢纤维对混凝土的增强效果差异较大;素混凝土的强度较高时,混凝土试件的粘结性能越高,并且其钢筋产生的位移大大降低;加入塑钢纤维的混凝土试件的力学以及粘结性能均会随着轻质骨料筒压的降低而降低。     

Fracture energy and softening behavior of high-strength concrete

An experimental investigation on the fracture properties of high-strength concrete (HSC) is reported. Three-point bend beam specimens of size 100×100×500 mm were used as per RILEM-FMC 50 recommendations. The influence of maximum size of coarse aggregate on fracture energy, fracture toughness, and characteristic length of concrete has been studied. The compressive strength of concrete ranged between 40 and 75 MPa. Relatively brittle fracture behavior was observed with the increase in compressive strength. The load-CMOD relationship is linear in the ascending portion and gradually drops off after the peak value in the descending portion. The length of the tail end portion of the softening curve increases as the size of coarse aggregate increases. The fracture energy increases as the maximum size of coarse aggregate and compressive strength of concrete increase. The characteristic length of concrete increases with the maximum size of coarse aggregate and decreases as the compressive strength increases.     

The influence of RPCA on the strength and fracture toughness of HPC

The paper presents the study on the relationship among mechanical properties, including compressive strength, splitting tensile strength, fracture toughness, and rupture probability of coarse aggregate (RPCA) of high-performance concrete (HPC) with varied aggregate sizes. For the maximum aggregate size of 16 mm, the compressive and splitting tensile strength and the corresponding RPCA reached the maximum values. As the mechanical properties linearly increased with the increasing RPCA, RPCA has been confirmed as a useful parameter to express the mechanical behavior of HPC. Preliminary analysis also showed good relationships between the mechanical properties and RPCA.