混凝土受压性能的非均质细观数值模拟

将混凝土看作是由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料,在细观层次上建立了非均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型,分别赋予细观单元弹脆性损伤本构关系或弹塑性本构关系,研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程,获得了相应的混凝土单轴受压宏观应力-应变曲线,并将计算结果与试验结果做了比较.结果表明:混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的;非均质模型计算所得的宏观应力-应变曲线上升段与试验结果吻合相对较好,弹塑性本构模型计算所得的曲线下降段比弹脆性模型更接近于试验曲线.     

碾压混凝土直剪试件细观结构的数值模拟

从细观层次上将碾压混凝土试件当作是由硬化水泥粉煤灰砂浆、粗骨料、二者间的粘结带以及水泥砂浆中间层面组成的非均质复合材料，由随机骨料模型模拟碾压混凝土的细观结构，用非线性有限元法模拟试件在直剪作用下的细观损伤断裂，从而求得其宏观抗剪断强度，计算结果与《混凝土重力坝设计规范》所提供的参考值较为吻合，据此还进行了试件破坏机理分析，应用此种计算方法，可节省直剪试验工作量，并可进行直剪试件的尺寸效应分析，有广阔的应用前景。     

混凝土的细观损伤理论及其数值模拟

本文建立了拉伸荷载作用下混凝土的二维细观损伤的本构理论，采用有效场方法考虑混凝土的裂纹相互作用，分析了混凝土随外加应力场的损伤演化过程，求出了损伤柔度张量的表达式，在此基础上对混凝土的细观损伤特性进行了数值模拟．由于微裂纹的扩展和裂纹之间的相互作用，混凝土的柔度表现为非对称的和各向异性的。数值分析表明，本文模型的计算结果介于Ｔａｙｌｏｒ方法和自恰方法之间，与实验结果具有较好的一致性，尤其是当裂纹密度较大时，本文的结果能更好地模拟实验结果。因此，当裂纹密度较大时，必须考虑裂纹的相互作用。     

基于细观力学的混凝土有效弹性性能预测

假定混凝土材料为由骨料和砂浆组成的二相复合材料,建立了混凝土随机骨料模型;按骨料与砂浆基体的弹性性能比值生成骨料较硬和较软两类试件进行有限元数值试验,系统研究了混凝土有效弹性性能预测中多种细观力学方法的优劣及各细观力学方法的适用范围.将细观力学方法预测结果与有限元数值试验得到的结果进行比较,并对这些细观力学方法预测精度及其变化规律进行了讨论.数值试验结果表明,当骨料体积和骨料与砂浆弹性模量比较大时,细观力学方法预测的结果误差较大,需要研究新的方法预测混凝土的有效弹性性能.     

细观层面的混凝土碳化过程数值模拟

为在细观层面上研究混凝土碳化问题,首先建立了基于积累分布函数的三维球形骨料生成方法,分析了随机性对模拟结果的影响,对骨料最大粒径、最小粒径和体积分数的选取原则进行了讨论.建立了简化的混凝土碳化数值模型,分析了骨料对宏观层面混凝土碳化行为的影响.结果表明,骨料的稀释效应和扭曲效应将降低混凝土的碳化深度;骨料在水泥浆中的非均匀分布将导致宏观上混凝土碳化深度的非均匀性.     

基于matlab-混凝土二维细观结构数值模拟骨料随机投放

为了研究混凝土细观力学现象,对混凝土力学行为进行数值模拟,采用二维细观结构数值模拟骨料随机投放,为进行混凝土有限元细观力学分析提供了数值结构模型.采用matlab软件建立了混凝土骨料随机投放模型,其中考虑混凝土为由骨料、砂浆及二者之间的黏结界面组成的三相复合材料,在投放过程中,以骨料面积比例为基本参数、黏结界面厚度取骨...     

混凝土损伤断裂的三维细观数值模拟

提出一种在细观层次建立混凝土三维随机骨料随机力学参数模型的方法.将损伤力学与计算力学相结合,基于ANSYS软件平台进行二次开发,建立2组混凝土立方体湿筛试件的数值模犁:第1组模型模拟3种不同的骨料随机分布;第2组模型模拟混凝土各相材料主要力学参数的随机性,分别假定其参数符合对数正态分布和Weibull分布.通过对这2组模型的轴压进行模拟,揭示混凝土在轴向压力作用下单元的渐进损伤和裂缝的萌生与扩展过程.研究结果表明:数值模拟得到的混凝土立方体抗压强度与试验测得的抗压强度较接近;骨料的随机分布会影响试件裂缝产生的位置和扩展路径,但其对试件承载力的影响不大;混凝土各组成相材料参数的非均匀性降低了试件的极限承载力,采用Weibull分布能较好地表征材料参数非均匀性的影响.     

浅析细观结构再生混凝土

本文对再生混凝土细观结构的相关研究成果进行收集,并对这些成果进行了剖析,对再生混凝土的细观特征进行了深入的探讨。     

混凝土初始损伤细观结构特性数值试验研究

细观结构特性是混凝土材料最重要的特性之一,细观结构参数的改变直接影响混凝土弹性模量、抗拉抗压强度等宏观力学性能变化.首先采用混凝土随机骨料模型进行混凝土细观数值试验,将混凝土看成由骨料、水泥砂浆以及两者之间的界面过渡区(ITZ)组成的三相复合材料,并在水泥砂浆中引入不同孔径、孔隙率的孔隙,使用有限元分析软件MSC.Marc,通过数值试验研究了孔径、孔隙率对混凝土抗拉抗压强度和弹性模量的影响规律.试验结果表明:混凝土弹性模量在同一孔径下随着孔隙率的增长呈线性下降,在同一孔隙率下随着孔径增大呈对数下降;混凝土抗拉抗压强度随着孔隙率和孔径增大呈对数下降.其次,将数值试验结果与经验公式进行了对比,验证数值试验结果的正确性.最后,根据数值试验结果,建立了混凝土初始损伤与孔隙率和孔径之间的关系,描绘了细观尺寸下混凝土的初始损伤面,为建立混凝土细观结构参数和宏观力学特性之间的联系,改善混凝土的力学性质打下了基础.     

水泥基复合材料湿度扩散特性细观数值模拟研究

运用Weibull统计分布方法描述材料的非均匀性,并结合质量扩散与统计分布理论建立了水泥基复合材料湿度扩散的细观数值模型.对水泥基复合材料内湿度变化规律的数值模拟研究表明：砂浆的湿度场不仅受温度的影响,还受到湿度本身的影响,湿度和温度的升高对湿度的扩散具有加速作用.砂浆的细观非均匀性对湿度扩散影响显著.试样的均匀程度越低,其内包含的孔隙就越多,这有利于湿度的扩散;反之,如果试样的均匀程度越高,则越不利于湿度的扩散.砂浆试样的宏观有效湿度扩散系数随Weibull分布函数中均质度系数的增加呈负指数衰减趋势.在混凝土中,骨料颗粒占有较高的体积分数,而其湿度扩散性能却较低,这在一定程度上降低了混凝土的宏观湿度扩散性能.研究结果表明,混凝土的湿度扩散系数随其骨料含量增加基本呈线性递减变化关系.     

环氧沥青混凝土性能研究

通过对环氧沥青混凝土各方面力学性能的试验研究发现,环氧沥青混凝土具有优良的力学性能而且在低温条件下仍具有很好的变形能力,其强度是普通沥青混凝土或其他桥面铺装用的沥青混合料（SMA、浇注式沥青混凝土）的7－8倍,其温度变形系数接近钢板,因此,环氧沥青混凝土作为钢桥面铺装材料较之其他种类材料具有很大的优越性。     

钢纤维高强混凝土单轴压缩下应力应变关系

在实际工程中推广应用钢纤维高强混凝土,要了解其基本力学性能,用MTS815．03型液压伺服刚性压力试验机,对钢纤维含量为0－6％、抗压强度在65－120MPa范围的4种钢纤维高强混凝土,进行单轴压缩荷载作用下的应力－应变全过程试验。结合试验给出全曲线的方程,并分析钢纤维对抗压强度、弹性模量、韧度、泊松比等的影响。试验表明,当钢纤维长度大于或接近于最大集料尺寸时,钢纤维高强混凝土具有较高的抗压强度和韧度,是一种优良的新型建筑材料。     

复合助剂改性混凝土的韧性与刚性研究

采用正交试验研究了水胶比、胶粉掺量、硅粉掺量以及消泡剂掺量对混凝土的韧性与刚性的影响规律。结果表明:四个因素对混凝土的折压比影响的主次顺序是胶粉掺量最大,消泡剂掺量次之,水胶比第三,硅粉掺量最小;而对于弹性模量影响的主次顺序是胶粉掺量最大,硅粉掺量次之,消泡剂掺量第三,水胶比最小。胶粉能显著提高混凝土的折压比,改善混凝土的韧性;且胶粉掺量越大,效果越明显。组成参数为水胶比0.35、胶粉掺量8.0%、硅粉掺量6.0%、消泡剂掺量0.8%的复合助剂改性混凝土混凝土,其抗折强度为7.05 MPa,折压比为0.159,弹性模量为20.16 GPa,其综合力学性能良好,韧性最大,适合用作混凝土路面材料。     

裂缝尺寸对微生物修复混凝土强度的影响

为研究微生物在不同宽度、深度的裂缝尺寸下对混凝土强度的修复效果,选用巴氏芽孢杆菌为裂缝修复剂,在宽度为0.75,1.0,1.25 mm及深度为15,30,45,60,75,90 mm的不同裂缝下对混凝土进行修复,通过混凝土抗压试验,测出未修复和修复的试块抗压强度.结果表明:(1)微生物在不同裂缝尺寸下的修复对混凝土强度都有提升作用;(2)裂缝深度对混凝土修复强度的影响更大;(3)在同一裂缝宽度下,修复效果出现了先上升后降低的趋势,在深度为30 mm和45 mm的时候,修复效果最佳.     

石墨混凝土破坏过程力学与电学关系的数值模拟

利用导电混凝土力场-电场相互比拟的数值模拟方法研究混凝土轴心受压构件受荷破坏的全过程·应用材料破坏过程分析软件MFPA,把混凝土视为由水泥砂浆基元和粗骨料构成的复合材料,对构件的受力、变形与内部裂纹萌生、扩展及最终破坏的全过程进行了数值模拟,计算出与实际构件尺寸一致的石墨混凝土单轴受压模型破坏全过程的力场·根据由实测的石墨混凝土割线模量-应变与电导率-应变曲线得出的力学量与电学量之间的比拟关系,将力场转换为电场·这不仅为导电混凝土电学关系的获取提供了一条新的途径,也为结构的健康监测等提供了一种新的计算方法·     

再生骨料影响自密实混凝土力学性能试验研究

分别采用100%毛石、100%废弃的砖块、100%废弃的混凝土块、废弃的砖块和混凝土块的50%,毛石、废弃的砖块和废弃的混凝土块各1/3作为再生大骨料,制作了五组再生大骨料自密实堆积混凝土棱柱体。通过试验,系统地研究了不同种类及不同掺量的再生大骨料对再生骨料自密实堆积混凝土棱柱体抗压强度、应力应变全曲线、弹性模量和峰值应变的影响。试验结果表明,再生骨料自密实堆积混凝土的棱柱体强度、弹性模量随再生大骨料强度升高而变大,随再生大骨料种类增多而变小;再生大骨料种类越少,分布越均匀,峰值应变越小。     

水工钢筋混凝土的作用机理及其数值模拟概述

阐述了钢筋混凝土的数值模拟计算的现状和特点,介绍了常用的数值模型各自的优缺点和适用条件．评述了有限元模型分析通常采用的主要的单元模式、传力机理以及数值方法．探讨了数值模拟中的主要影响因素并分析原因,总结了实际应用中的一般原则方法,提出了这一领域今后的研究方向．     

再生块体混凝土的单轴受压试验

首先,将抗压强度分别为26.7,45.0,87.6 MPa的3种旧混凝土块体与普通商品混凝土进行混合浇筑,制作18个再生块体混凝土立方体试件和18个棱柱体试件.然后,进行立方体试件和棱柱体试件的单轴受压试验,研究旧混凝土的取代率及新旧混凝土的抗压强度差对再生块体混凝土受压力学性能的影响.结果表明:在添加低抗压强度(26.7,45.0 MPa)旧混凝土的试件中,新旧混凝土结合良好,界面难以辨别;在添加较高抗压强度(87.6 MPa)旧混凝土的棱柱体试件中,新旧混凝土的结合界面出现分离现象;试件的破坏形态似2个对顶的角锥形状;在新旧混凝土抗压强度差不变的情况下,再生块体混凝土的抗压强度、弹性模量、峰值应变随旧混凝土取代率的增加而降低,取代率对抗压强度影响较大,但对弹性模量、峰值应变的影响较小;在新旧混凝土抗压强度差不同、取代率相同的情况下,随着旧混凝土块体抗压强度的增大,再生块体混凝土的抗压强度、弹性模量、峰值应变均呈一定的上升趋势;再生块体混凝土的泊松比变化不明显,平均值约为0.212.     

矿物掺和料对高性能再生混凝土力学性能的影响

采用公路拆除后废弃混凝土生产再生粗骨料并测试其性能指标,用70%再生粗骨料取代率和净浆裹石法配制高性能再生混凝土.以矿物掺和料品种、掺量为影响因素,开展高性能再生混凝土力学性能试验研究.试验结果表明,高性能再生混凝土的流动性能随着单掺粉煤灰或复掺粉煤灰与矿渣掺量的增大而变好,但其弹性模量、抗压强度降低.结合试验成果和课题组此前试验数据,拟合出适用于高性能再生混凝土弹性模量的计算模型.     

大体积混凝土温度监测及模拟分析

大体积混凝土在固化过程中释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩,由此产生的温度应力是导致混凝土出现裂缝的主要因素。通过对混凝土内部温度进行理论预测和现场监测,得到了大体积混凝土硬化期间温度及时间的典型曲线。