轻骨料混凝土弹性模量预测的数值方法

提出了轻骨料混凝土弹性模量预测的快速傅里叶变换法。将轻骨料模拟成多边形,引入周期性边界条件,将轻骨料分布到正方形区域中而重构轻骨料混凝土细观结构。通过划分网格,等距离选取像素点,利用快速傅里叶变换法获得轻骨料混凝土弹性模量的数值解。通过与文献中的试验结果对比,证实该数值方法具有较高的精度。基于模拟结果,分析了最大轻骨料粒径、界面层厚度和界面弹性模量对轻骨料混凝土弹性模量的影响。数值结果表明,这三个因素的影响处于同一个数量级,在6%~10%之间。     

用SEM和FT-IR研究轻骨料混凝土界面过渡区

通过应用扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR),研究了轻骨料混凝土界面过渡区的微观结构特征。重点是研究轻骨料混凝土与普通混凝土在界面过渡区域中微观结构的不同。研究结果显示:①在轻骨料混凝土的界面处,有水泥浆体通过轻骨料表面的孔隙渗入轻骨料中,进入的深度大约为50μm;②轻骨料混凝土界面过渡区的厚度大约为25~30μm。从研究结果来看,将SEM与FT-IR结合使用是一种研究混凝土界面过渡区微观结构的有效方法。     

考虑界面的混凝土弹性模量数值模型

由于骨料与水泥浆体的界面对混凝土的力学性能有很大影响，故在混凝土的弹性模量计算中需考虑此界面效应。文中考虑骨料与浆体间界面的几何复杂性，克服传统有限元因界面厚度太小而无法准确模拟的缺点，采用扩展有限元方法以及细观力学对混凝土弹性模量的预测建立了数值模型。最后通过试验结果与模型预测值进行比较，验证了数值模型的有效性。     

用于混凝土弹性模量预测的三相格构模型

讨论了用于混凝土弹性模量预测的三相格构模型。通过模拟混凝土细观结构并应用梁单元三角形网格，提出了预测混凝土弹性模量的数值方法、计算结果表明，在合理地考虑了混凝土中骨料、水泥浆基体和界面分布的基础上，该模型预测结果与相应的实验结果良好吻合。另外，基于该模型，可分析界面层厚度、弹性模量和泊松比对混凝土相对弹性模量的影响。     

混凝土Cl-扩散系数预测的有限元方法

提出了预测混凝土Cl^-扩散系数的有限元方法．将混凝土看成是一种由骨料、界面和水泥浆基体所组成的三相复合材料,通过比较两种典型的单元细胞模型,说明了圆形单元细胞模型在混凝土模拟方面的优越性．由于界面厚度远小于骨料尺寸,采用推进前沿法尽可能准确地剖分单元细胞,应用有限元方法获得了混凝土Cl^-扩散系数的数值解．将数值结果与实验数据进行比较,验证了该方法的有效性．基于数值结果,定量评价了最大骨料粒径、界面Cl^-扩散系数、界面厚度和骨料级配对混凝土Cl^-扩散系数的影响．     

硅藻土对轻骨料混凝土抗冻性的影响及微观机理分析

研究了硅藻土对轻骨料混凝土抗冻性的影响,通过试验测试了不同硅藻土掺量下,轻骨料混凝土质量损失率、相对动弹性模量、峰值应变和极限抗压强度随冻融循环次数的变化规律,并进行了微观影响机理。结果表明,硅藻土的掺入能明显改善轻骨料混凝土的抗冻性,但硅藻土掺量并不是越大越好,当其掺量为1.5%时,轻骨料混凝土经冻融循环后的相对动弹性模量和抗压强度最大,峰值应变最小,抗冻性能最佳。硅藻土的掺入改善了轻骨料混凝土中骨料和粘结料之间的界面结构,对轻骨料混凝土的孔隙起到良好的填充作用;另外,硅藻土能促进水泥的二次水化作用,使轻骨料混凝土的连续性和密实性增强,抗冻性得到改善。     

轻骨料混凝土阻尼比研究

作者测定了页岩陶粒混凝土不同强度时的阻尼比和弹性模量，通过研究轻骨料混凝土粗骨料界面，来分析轻骨料混凝土与变通混凝土阻尼比之间存在较大差异的原因。     

再生混凝土弹性模量的解析解

提出了再生混凝土弹性模量的解析解。在细观水平上将再生混凝土看成是一种由天然骨料、老界面、老砂浆、新界面和新砂浆所组成的五相复合材料,构造出五相复合圆模型。基于弹性力学理论,导出了再生混凝土弹性模量的解析解。与文献中的数值模拟对比,证实了该解析解具有较高的计算精度。基于计算结果,定量分析了再生骨料取代率、砂浆附着率和老砂浆弹性模量对再生混凝土弹性模量的影响,结果表明:再生混凝土弹性模量随着再生骨料取代率和砂浆附着率的增大而减小,但随着老砂浆弹性模量的增大而增大。     

钢纤维高强轻骨料混凝土力学性能的试验研究

轻骨料混凝土强度的提高导致了其脆性性能的增加,掺入钢纤维能对轻骨料混凝土起到增强、增韧效果。通过试验系统研究了LC50高强轻骨料混凝土在钢纤维体积率为0、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%时的基本力学性能,包括立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折初裂强度、抗折强度、静力受压弹性模量、泊松比和弯曲韧性等,并与国内外一些相关试验的结果进行了比较。试验结果表明:掺入钢纤维提高了轻骨料混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度和静力受压弹性模量,显著提高了轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度、抗折强度和弯曲韧性。掺入钢纤维与否,以及采用轻骨料还是普通碎石骨料对混凝土的泊松比无明显影响。     

大温差循环作用下混凝土温度响应及损伤模拟

通过数值模拟和试验相结合的方法，建立了混凝土三维球体随机骨料模型，利用有限元软件分析了温度响应和损伤积累过程，并通过大温差循环试验验证了模拟结果 .结果表明：随着温差循环次数的增加，混凝土导热性能变差，温度梯度呈增大趋势；骨料与砂浆界面处产生较大拉应力，损伤由界面开始产生；每次循环的升温过程拉应力增大，使得损伤逐渐积累并从界面向基体扩展，最终损伤区域连通；温度响应和静弹性模量损失率模拟结果与试验测定值吻合良好，数值模拟方法合理有效.     

混凝土界面面积分数和渗流阈值及其应用(I)——计算机模拟

应用计算机模拟研究了混凝土界面面积分数和渗流阈值.为了消除边界对骨料分布的影响,引入了周期性边界条件,提出了混凝土细观结构的静态模拟方法.结合MonteCarlo数值积分,获得了混凝土界面面积分数,并由合理的模拟精度确定了合适的样点数和模拟次数.根据计算结果,讨论了混凝土界面之间的重叠效应以及骨料级配、最大骨料直径和界面厚度对混凝土界面面积分数的影响.基于模拟所得的混凝土细观结构,提出了混凝土界面渗流阈值计算的数值方法,并通过与理论解进行比较,证实了该方法的有效性.同时,就最大骨料直径、骨料级配和界面厚度对混凝土界面渗流阈值的影响进行了详细的讨论.     

混凝土界面面积分数和渗流阈值及其应用(Ⅰ)--计算机模拟

应用计算机模拟研究了混凝土界面面积分数和渗流阈值．为了消除边界对骨料分布的影响,引入了周期性边界条件,提出了混凝土细观结构的静态模拟方法．结合Monte Carlo数值积分,获得了混凝土界面面积分数,并由合理的模拟精度确定了合适的样点数和模拟次数．根据计算结果,讨论了混凝土界面之间的重叠效应以及骨料级配、最大骨料直径和界面厚度对混凝土界面面积分数的影响．基于模拟所得的混凝土细观结构,提出了混凝土界面渗流阈值计算的数值方法,并通过与理论解进行比较,证实了该方法的有效性．同时,就最大骨料直径、骨料级配和界面厚度对混凝土界面渗流阈值的影响进行了详细的讨论．     

基于2D随机骨料模型的C80混凝土参数分析

利用DIGIMAT和ABAQUS联合建立细观混凝土2D随机骨料模型,模拟了粗骨料的分布、形状、含量以及界面过渡区性能、孔隙率对C80高强度混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量和劈裂抗拉强度的影响,并将模拟结果与各参数对低强度混凝土的影响进行比较。结果表明:粗骨料的分布模式对混凝土的基本力学性能几乎没有影响,不同分布形式下混凝土立方体抗压强度最大相对误差为4.18%; 不同形状的粗骨料对混凝土力学性能有着不同的影响,圆形和椭圆形状粗骨料的模拟结果与试验值更为接近; 不同骨料含量下混凝土立方体抗压强度呈现出先减小后增大的趋势,轴心抗压强度则是先减小后增加再减小,劈裂抗拉强度在粗骨料含量为33%时达到最大值4.61 MPa,之后便逐渐降低; 随着孔隙率的增加,混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度和弹性模量均逐渐减小,劈裂抗拉强度在孔隙率为1.5%时降低较多,孔隙率为2%时有所上升。     

混凝土界面面积分数和渗流阈值与应用(Ⅱ)——弹性模量预测

基于所获得的界面面积分数,提出了混凝土弹性模量预测的三相复合圆模型.在细观水平上将混凝土看成是一种由骨料、界面和水泥浆基体所组成的三相复合材料,通过求解轴对称平面应变问题,获得了三相复合圆模型位移和应力的解析解.利用位移和径向应力的连续性条件,导出了混凝土平面应变体积模量的闭合解.通过与实验结果比较,证实了三相复合圆模型的有效性.定量讨论了最大骨料粒径、界面弹性模量和界面厚度对混凝土弹性模量的影响,结果发现,对于给定的骨料面积分数,混凝土弹性模量随着最大骨料粒径和界面弹性模量的增大而增大,但随着界面厚度的增大而减小.     

多孔材料弹性模量预测的数值方法

讨论了多孔材料弹性模量预测的快速傅里叶变换法。首先在正方形区域中模拟圆孔以获得多孔材料的细观结构,再选择等距离像素点,通过迭代法获得多孔材料弹性模量。这种方法的主要优点是避免了有限元网格划分,也不要求形成刚度矩阵,可以直接利用图像。最后,通过与文献中的解析解比较,讨论了该数值方法的收敛性和有效性。     

基于ANSYS的混凝土微观层次开裂演化数值模拟

将由富勒曲线所确定的三维混凝土骨料级配曲线转化为二维骨料级配曲线,结合蒙特卡罗方法,确定了混凝土骨料颗粒数,编写了混凝土二维随机椭圆形骨料模型生成程序,在有限元软件ANSYS中模拟了混凝土的骨料、砂浆以及二者之间界面的二维三相组分.在所建立的模型的基础上对混凝土材料在外荷载作用下裂纹的扩展、贯通以及破坏的过程进行了开裂演化模拟.结果表明:骨料和砂浆间的界面层是混凝土的薄弱环节,界面层在数值模型中的模拟、界面单元参数的确定和破坏准则的选取是数值模拟能否成功的关键;在混凝土的破坏过程中先是混凝土界面单元破坏,然后裂纹沿着骨料的边缘进一步发展.并形成贯通,直至失稳破坏,与物理试验的结果保持了一致.     

塑钢纤维轻骨料混凝土抗压试验裂纹演变的数值模拟

利用ANSYS有限元分析软件,建立了塑钢纤维轻骨料混凝土的数值模型,通过抗压试验对比塑钢纤维轻骨料混凝土与无纤维轻骨料混凝土的裂纹扩展云图。分析结果表明:塑钢纤维有效的抑制了混凝土的裂纹的产生及扩展。数值模拟结果与试验情况基本一致,表明所建立的塑钢纤维轻骨料混凝土的ANSYS数值模型合理可行。     

骨料粒径对混凝土界面过渡区弹性模量与黏结强度影响预测

由于弹性模量和强度是混凝土力学性能重要指标,而界面过渡区又是混凝土材料组成中的重要一相,因此对界面过渡区的弹性模量和黏结强度的研究十分必要。基于随机骨料模型,根据混凝土试件的真实配合比,计算出各骨料粒径区间的面积含量,对骨料颗粒进行随机投放,分别建立了骨料最大粒径20、40、60、80 mm的凸多边形随机骨料细观模型,以砂浆和混凝土的弹性模量和抗压强度实测值为依据,采用反演法确定界面过渡区的力学参数。数值分析的结果表明:骨料粒径对界面过渡区黏结强度有很大影响,随着骨料粒径的增大,其黏结强度逐渐减小;界面弹性模量随着骨料粒径增加变化很小。     

混凝土界面特性与力学性能的细观数值分析

将混凝土等效为由骨料、水泥砂浆及二者间的界面所构成的三相复合材料,利用蒙特卡罗方法建立混凝土随机骨料模型。采用线性应力裂缝宽度关系来表征混凝土材料的各相软化力学行为,利用扩展有限元法对单轴拉伸条件下混凝土材料的界面特性与力学性能进行数值分析。分析结果表明,随着界面强度提高,混凝土强度、断裂能和延性增大,破坏模式由单一贯通裂纹向多条非贯通裂纹过渡;混凝土弹性模量随界面弹性模量的增加而增大;界面厚度减小时,混凝土材料的强度、弹性模量、断裂能增加,界面厚度对混凝土力学性能弱化作用变小。     

石灰岩骨料混凝土弹性模量与强度相关性研究

试验研究了不同强度等级的石灰岩骨料混凝土的抗压强度、弹性模量随龄期发展规律,并与砂岩骨料混凝土进行了比较.通过数值模拟,建立了石灰岩骨料混凝土的抗压强度、弹性模量与龄期之间的相互关系模型.结果表明：不同强度等级的石灰岩骨料混凝土弹性模量发展比抗压强度快,且比砂岩骨料混凝土高;不同强度等级、不同岩性骨料混凝土的弹性模量与抗压强度平方根均呈线性关系,随强度等级的增大,石灰岩骨料混凝土弹性模量增长减缓,砂岩骨料混凝土则与之相反.