混凝土细观分析中随机多边形骨料生成方法

提出了一种以改进面积判别准则和凸多边形生成方式为基础的二维混凝土骨料随机生成算法。通过对骨料延伸条件的改进和定点位置条件的限定,改进了程序的可执行性,提高了随机多边形骨料的生成效率;通过轴向拉压计算实例对比分析了圆形和多边形骨料对于混凝土试件单轴抗拉、抗压力学性能的影响。结果表明：圆形骨料试件抗拉、抗压能力略高于多边形骨料试件,骨料形状对混凝土试件拉压力学性能数值模拟结果的影响很小。     

基于试验二维随机骨料再生混凝土抗压强度研究

制作42个再生混凝土立方体试块并测试其立方体抗压强度,基于二维随机骨料理论推导符合试验用粗骨料级配的二维骨料分布曲线,生成二维随机骨料混凝土有限元模型模拟其抗压强度并与试验结果进行对比.结果表明：再生混凝土抗压强度总体上随再生粗骨料取代率的上升而降低,但再生粗骨料取代率为50%时,试验与有限元模拟结果均存在强度升高的变异现象.随着再生粗骨料取代率的上升,再生混凝土抗压强度峰值应力对应的平均应变有所延后.     

混凝土二维随机骨料生成和投放的均匀性判别

基于Python语言,针对面积控制和颗粒控制两种骨料投放量控制方式,编制了对应的圆形、椭圆形的三级配投放程序。并提出骨料均匀性判别方法:将试件截面划分为三个区域,以各个区域的骨料面积占比判断其是否均匀,并编制了对应程序。算例表明,部分未经均匀性筛选试样的骨料有聚集现象,增加均匀性判别后生成的试样,其骨料既满足位置和形状的随机性,也符合均匀性要求。     

基于随机骨料模型的碾压混凝土劈拉性能的数值分析

为从细观结构上研究碾压混凝土的劈裂抗拉力学性能的尺寸效应,采用随机骨料模型模拟碾压混凝土的细观结构,在细观层次上将碾压混凝土看成是由硬化水泥砂浆体、粗骨料颗粒及二者间的黏结带构成的三相非均质复合材料;利用有限元方法数值模拟碾压混凝土的细观损伤断裂和劈裂抗拉,对其劈裂抗拉强度尺寸效应进行了研究。结果表明：黏结层面是碾压混凝土劈拉破坏的薄弱环节,碾压混凝土试件的劈裂抗拉强度存在明显的尺寸效应,所采用的数值模拟计算方法基本可行。     

一种快速生成三维混凝土骨料模型的混合实现方法

三维随机骨料混凝土模型是由骨料、砂浆基体以及界面层组成的三相复合材料,基于Fortran和ANSYS软件提出了一种快速生成含高体分比球形骨料混凝土模型的混合实现方法,并在此基础上生成三维椭球形骨料（卵石）模型、凸多面体骨料（碎石）模型以及混合模型。算例结果表明,这种新方法可以快速生成三级配球形颗粒混凝土模型所需的骨料数据,相应的骨料投放含量能达到65%左右。混合方法可将骨料颗粒和界面层分离开来,在有限元网格剖分时避免了复杂的单元属性判别。通过对椭球形骨料模型和凸多面体骨料模型的有限元数值模拟,进一步验证了该混合方法的有效性。     

二维圆形骨料分布的边界效应及简单应用

应用计算机模拟调查了混凝土圆形骨料分布的边界效应。模拟结果表明，当模拟次数趋向无穷大时，混凝土中任一点的骨料分布密度趋近于常数，对于不同的骨料面积百分数，骨料分布密度曲线的形状十分相似，均由上升段，下降段和水平段三部分组成，基于这些模拟结果，将骨料分布密度和边界层厚度表示成混凝土骨料面积百分数的函数，作为一个简单应用，讨论了混凝土氯离子扩散系统的计算。     

基于预插粘性界面单元的全级配混凝土梁弯拉破坏模拟

为确定预插粘性界面单元法模拟全级配混凝土梁在弯拉荷载作用下断裂破坏过程的有效性和适用性,基于粘结裂缝模型的基本原理,在混凝土梁的中心区域采用Monte—Carlo法生成随机骨料模型,通过自编程序实现了砂浆单元间和界面处粘性界面单元的预插,对全级配细观混凝土梁的弯拉断裂破坏过程进行数值模拟,模拟结果与相关文献结果吻合良好。研究结果表明：预插粘性界面单元法能够有效地模拟细观混凝土材料的弯拉断裂破坏过程和宏观力学特性。     

基于Ansys的混凝土随机骨料模型及细观力学分析

基于Ansys平台,采用APDL命令流,对Ansys进行2次开发,实现了从二维随机骨料投放、有限元网格划分,到施加荷载、分析求解,再到结果输出全过程可视化研究,有效避免了建模软件与有限元数值分析软件之间参数传递关系复杂、接口程序编制困难、兼容性差等问题;提出了利用骨料面积参数和布尔运算判断骨料之间的相容性,使建模更为准确、高效和简便,同时也为建立三维随机骨料模型提供了新的思路;采用骨料偏移算法,生成骨料与砂浆基质之间的薄弱界面,方法可靠;采用所提出的方法生成混凝土随机骨料模型,基于损伤力学理论,开展混凝土细观力学研究.结果表明所提出的方法可行且高效.     

混凝土细观层次损伤数值模拟——随机骨料结构的生成

目的在细观层次上对混凝土进行数值模拟,进而对混凝土的力学性能分析.方法应用蒙特卡罗方法,使用C＋＋语言编程开发二维三相混凝土随机骨料结构（RAS）模型.结果提出了避免产生不合常规骨料颗粒的控制措施,引入向量理论分析并去除凹点,弥补了现有方法中确定骨料多边形延伸率的缺陷;并在Visual C＋＋上模拟实现、生成了具有概率和统计意义的RAS.最后,通过一个数值算例验证了所提方法的有效性.结论笔者提出的RAS产生方法为进一步开发混凝土细观有限元模型打下了坚实的基础.     

混凝土多边形骨料分布的数值模拟方法

在细观层次上将混凝士看成是由骨料和砂浆基体组成的两相复合材料,讨论了混凝土力学性能的计算机模拟方法.按照骨料级配曲线和面积百分比,生成各种尺寸的骨料颗粒.应用蒙特卡洛方法将所生成的骨料分布到混凝土截面上.模拟结果表明,所生成的骨料分布图案与实际骨料分布十分相像.     

全级配混凝土细观力学网格划分的单元切割法与等效弹模的计算

混凝土细观力学是研究混凝土材料性质的重要方法之一.首先,采用被占区域剔除法生成骨料,该方法能较快地完成高含量骨料的混凝土细观力学模型生成.然后,针对目前混凝土细观力学网格剖分的难题,提出了单元切割法,解决了全级配高含量骨料有限元网格剖分的难题,并且所产生的网格单元形状比较规则均匀.最后编写了三维细观混凝土试件等效弹模的数值计算程序.算例给出了湿筛二级配、三级配以及全级配混凝土的细观力学模型,并将单元切割法产生的网格应用于混凝土细观力学等效弹模的计算,数值计算结果与其他数学方法的结果接近,表明该方法具有较好的实用性.     

Evaluation method of cracking resistance of lightweight aggregate concrete

The cracking behavior of lightweight aggregate concrete（LWAC） was investigated by mechanical analysis, SEM and cracking-resistant test where a shrinkage-restrained ring with a clapboard was used. The relationship between the ceramsite type and the cracking resistance of LWAC was built up and compared with that of normal-weight coarse aggregate concrete（NWAC）. A new method was proposed to evaluate the cracking resistance of concrete, where the concepts of cracking coefficient ζt（t） and the evaluation index Acr（t） were proposed, and the development of micro-cracks and damage accumulation were recognized. For the concrete with an ascending cracking coefficient curve, the larger Acr（t） is, the lower cracking resistance of concrete is. For the concrete with a descending cracking coefficient curve, the larger Acr（t） is, the stronger the cracking resistance of concrete is. The evaluation results show that in the case of that all the three types of coarse aggregates in concrete are pre-soaked for 24 h, NWAC has the lowest cracking resistance, followed by the LWAC with lower water absorption capacity ceramsite and the LWAC with higher water absorption capacity ceramsite has the strongest cracking resistance. The proposed method has obvious advantages over the cracking age method, because it can evaluate the cracking behavior of concrete even if the concrete has not an observable crack.     

基于骨料信息的自密实混凝土配合比设计新方法

根据比表面积定义并考虑实际操作的简便性,提出一种表征骨料比表面积的简易计算方法.利用骨料比表面积反映骨料粗细程度以及各粒径分布,在砂填充石子空隙与净浆填充骨料空隙的过程中分别引入富余砂裹厚度以及净浆包裹骨料厚度概念,并结合自密实混凝土（SCC）各组分的体积相加性,推导SCC各组成用量的计算式,提出新的SCC配合比设计方法.此设计方法操作简便且方便实现电算.采用此方法配制C35和C50两个等级的SCC,试验检测结果表明,C35和C50的工作性能及强度均达到设计要求,其中C35在现场试验中效果良好.     

再生混凝土配合比设计的试验研究

设计10个混凝土配合比试验,研究了再生骨料吸水率、水灰比、再生骨料取代率对再生混凝土工作性能及强度的影响。通过与普通混凝土试验对比分析认为:符合现行规范要求的再生粗骨料用于配制混凝土是可行的;再生骨料的吸水性能对再生混凝土拌和物的工作性能影响很大,因此,再生混凝土配合比设计时应考虑应用的实际情况等,选用合适的再生骨料掺量,以便获得相应的强度。     

再生砖骨料混凝土架构模型试验研究

通过试验研究水灰质量比、粒径级配、再生砖骨料和砂体积分数对混凝土抗压强度的影响以及灰砂质量比对水泥石抗压强度的影响,分析骨浆体积比、灰砂质量比、再生砖骨料和砂体积分数对混凝土架构贡献强度的影响. 结果表明,再生砖骨料混凝土的抗压强度随着水灰质量比的减小而增大,当骨料粒径为19~26.5 mm时抗压强度达到最大值;当再生砖骨料体积分数为30%~43.2%时,混凝土抗压强度和再生砖骨料构架贡献强度都随着再生砖骨料体积分数的增大而增大,且都随着砂体积分数的增大而增大;当灰砂质量比为0.33~1.33时,水泥砂浆试件的抗压强度随着灰砂质量比的增大而增大;当再生砖骨料体积分数为40%和43.2%时,灰砂质量比与再生砖骨料架构贡献强度以及骨浆体积比与再生砖骨料架构贡献强度均高度线性相关;再生砖骨料架构贡献强度高于混凝土强度,主要集中在再生砖骨料体积分数为40%~43.2%,特别是再生砖骨料体积分数为43.2%、砂体积分数为18%~26%.     

河南地区混凝土集料碱-硅酸反应及抑制试验

为有效防止混凝土结构中的碱-硅酸反应,按照河南地区的山系和水系分布,依据规范JGJ52—2006,在砂、石砂资源丰富的地区,对混凝土用砂、石取样,采用快速碱活性试验法和砂浆长度法,对砂石集料进行碱活性测试.试验表明,这些地区的石子碱活性基本合格;大多地区砂的碱活性检验合格,少数地区的砂有潜在的碱活性.采用掺加粉煤灰的方法对有潜在碱活性的砂进行碱活性抑制试验,指出了粉煤灰掺量对砂的碱活性有抑制作用,当掺量为30%时效果最佳,并提出了工程应用建议.     

C60全珊瑚海水钢筋混凝土梁的抗剪性能与计算模型

为研究全珊瑚海水钢筋混凝土梁(coral aggregate reinforced concrete beam,CARCB)的抗剪性能和计算模型,设计了7根不同种类钢筋的CARCB,通过对其进行斜截面抗剪性能试验,研究了钢筋种类对CARCB的变形及抗剪承载能力的影响,建立了弯矩-跨中挠度、荷载-钢筋应变、荷载-裂缝宽度的关系,提出了CARCB斜截面抗剪承载力的计算模型.试验结果表明:不同种类钢筋CARCB的正截面开裂荷载和抗剪承载力规律均为316不锈钢普通钢筋锌铬涂层钢筋有机新涂层钢筋;CARCB中普通钢筋发生了严重锈蚀,使其刚度出现了一定程度的退化;不同种类钢筋的CARCB,其裂缝宽度均随着荷载的增大而增长,加载初期,在梁跨中附近出现正截面弯曲裂缝,裂缝宽度开展非常缓慢,随着荷载的增加,在支座向集中力作用点处出现斜裂缝,斜裂缝宽度迅速增大,最终导致梁破坏;最后,综合考虑钢筋锈蚀和高强混凝土对CARCB抗剪承载力的影响,提出了更加合理的CARCB抗剪承载力计算模型.     

Preparation and properties of geopolymer-lightweight aggregate refractory concrete

Geopolymer-lightweight aggregate refractory concrete (GLARC) was prepared with geopolymer and lightweight aggregate. The mechanical property and heat-resistance (950 °C) of GLARC were investigated. The effects of size of aggregate and mass ratio of geopolymer to aggregate on mechanical and thermal properties were also studied. The results show that the highest compressive strength of the heated refractory concrete is 43.3 MPa, and the strength loss is only 42%. The mechanical property and heat-resistance are influenced by the thickness of geopolymer covered with aggregate, which can be expressed as the quantity of geopolymer on per surface area of aggregate. In order to show the relationship between the thickness of geopolymer covered with aggregate and the thermal property of concrete, equal thickness model is presented, which provides a reference for the mix design of GLARC. For the haydite sand with size of 1.18–4.75 mm, the best amount of geopolymer per surface area of aggregate should be in the range of 0.300–0.500 mg/mm².