基于内聚力模型的混凝土细观拉压统一数值模拟方法

将混凝土内聚力模型的适用范围从原来的细观受拉断裂模拟拓展到了细观受压断裂模拟,并实现了用统一的数值方法来模拟混凝土受压和受拉的细观损伤破坏行为。参考以往的试验研究以及结合内聚力模型的特点,定义了内聚力单元的混合断裂准则以及全局接触关系;建立了不同网格精度的对照模型,讨论了网格敏感性问题;模拟了混凝土在单轴拉伸和压缩作用下的受力全过程,并对断裂能、界面强度、骨料形状和骨料材料类型进行了参数研究;从破坏形态和力学响应的角度探究了混凝土细观断裂和接触行为对整体力学性能的影响。结果表明:较受拉数值模拟,受压数值模拟结果的网格敏感性问题更突出,过粗的网格划分会限制模型的内力重分布;混凝土在单轴受拉时发生的是偏向于Ⅰ型断裂的混合型断裂,其中因Ⅰ型和Ⅱ型断裂能之差所致的混合型断裂能约占受拉总断裂能的一半;骨料颗粒的光滑程度越高,混凝土的单轴极限拉压强度也越高,但颗粒间的机械咬合作用越弱,导致抗压强度退化越快。     

基于内聚力模型的含畸形骨料混凝土单轴受拉细观模拟研究

基于内聚力模型的研究方法,以畸形骨料(针状)的长宽比Ck、畸形骨料在混凝土中的占比Zb和畸形骨料在混凝土中所处的级配Jp3个参数为变量,在细观层次上对二级配含畸形骨料混凝土的损伤和开裂过程开展单轴拉伸模拟研究,对含畸形骨料混凝土在单轴拉伸下的受力全过程进行了分析.结果表明,Ck越大、Zb越高、Jp越大时,混凝土抗拉强度...     

基于内聚力模型的型钢混凝土闸墩开裂数值模拟研究

基于内聚力理论并结合有限元法,以邕宁水利枢纽拦河闸坝为例,分析了闸墩的开裂和裂纹分布,获得了闸墩开裂荷载、初始裂纹位置、开裂范围和裂纹宽度等局部信息。研究表明,型钢混凝土闸墩的裂纹最先在闸门挡水侧牛腿的上、下角点产生,随着施加荷载增大,牛腿闸门支撑面与墩体交线布满裂纹,并从上、下角点沿着墩体和牛腿支座上、下交线扩展;在对称荷载和非对称荷载作用下,型钢混凝土闸墩的开裂荷载/设计荷载分别约为0.656和0.624;1倍设计荷载作用下的最大裂纹宽度均小于0.3 mm,型钢混凝土闸墩的抗裂性能满足相关规范对结构裂纹宽度限值的规定。     

基于内聚力模型的含畸形骨料混凝土单轴受压细观模拟研究

畸形骨料对混凝土物理力学特性的影响是有待研究问题之一.基于内聚力模型,选取混凝土合理的本构关系与模型网格精度,利用现有试验结果对模型参数进行校调,完成细观层次下混凝土二维内聚力模型的建立,并以畸形骨料的长宽比Ck、占比Zb和级配Jp三个参数为变量,向二级配混凝土中掺入一定比例的畸形骨料,建立不同的细观模型方案进行含畸形...     

细观尺度的混凝土材料损伤

混凝土等建筑材料由于其本身的结构特性，在不受力的自然状态下就存在天然的损伤，如孔洞，微裂纹等。本文阐述了这类材料细观特征及塑性力学特性。采用多孔材料的GTN（Gurson-Tvergaard-Needlemen)模型本构方程，在变形梯度的乘法分解的基础上，推导和建立了细观力学分析的弹塑性有限变形计算方法，说明运用细观损伤力学方法分析是必要的和可行的。     

基于细观尺度模型的碾压混凝土 重力坝力学分析研究

碾压混凝土具有不同于常态混凝土的材料力学特性,传统的宏观力学模型难以揭示其内部力学行为。文章利用细观力学、统计学和有限元理论等相关理论和方法,以辽宁猴山水库碾压混凝土重力坝为例,建立基于细观尺度的碾压混凝土大坝受力分析方法,并对大坝的层间结合面进行等效分析,认为层间结合面为大坝坝体的薄弱环节,而碾压混凝土层厚度的增大有利于水平切应力的增加,对保证大坝安全更为有利。     

基于FDEM的混凝土开裂破坏过程的数值模拟

为了研究混凝土在轴向应力作用下的微裂纹萌生扩展过程和位移场、应力场的变化,采用有限-离散元法(Combined finite-discrete element method,FDEM)进行混凝土数值模型重构,生成了结构上含多边形随机骨料、砂浆和界面过渡区三相物质的数值模型.主要结论如下:(1)有限-离散元法可以很好地模...     

开裂混凝土有效导热系数的细观数值研究

通过建立一种细观数值模拟方法,研究了混凝土力学行为对其导热性能的影响,揭示了有效导热系数在拉伸破坏过程中的变化规律。研究发现,混凝土开裂明显阻碍热流通过,导致其有效导热系数显著下降,而且,有效导热系数变得各向异性,造成热流方向改变。因此在热-力耦合计算中不能忽略裂纹对温度场的影响。继而研究了骨料体积含量对开裂混凝土导热系数的影响,结果表明无论是开裂前还是开裂后,骨料体积含量越高,其导热性能越好,有效导热系数下降率越大。通过与已有试验成果比较,验证了本文细观数值模型的正确性,所给出的预测开裂前后混凝土导热系数的方法,可用于热-力耦合分析。     

干湿交替下开裂混凝土中水分传输的细观数值分析

对于海洋浪溅区或潮汐区的混凝土结构,水分主要以气相和液相两种形式存在于混凝土内部孔隙结构中。基于混凝土毛细吸水的非饱和流体理论,建立了干湿交替下开裂混凝土中水分传输的一维非线性方程。考虑水分在干燥与湿润阶段传输的滞后性,分别建立了干燥和湿润两阶段单条裂缝处水分的传输速度模型。在细观层次上,将混凝土看作由粗骨料、砂浆、界面过渡区(ITZ)以及裂缝所构成的四相复合材料,利用含单条裂缝的二维格构网络模型,开展了干湿交替下开裂混凝土中水分传输的细观数值仿真分析。通过与已有文献中的试验数据对比,验证了所建立的干湿交替下开裂混凝土中水分传输模型的正确性。利用以上数值模型,进而分析了干湿循环机制(干湿循环时间比、循环次数)以及裂缝宽度对水分分布的影响规律。结果表明:对于给定裂缝宽度,干湿循环时间比和循环次数决定着裂缝处和垂直裂缝方向的水分含量分布;当裂缝宽度介于0.05~0.3 mm时,裂缝处和垂直裂缝方向的水分含量随着裂缝宽度的增大而减少。     

纤维引气粉煤灰混凝土早期开裂与力学性能试验

开展普通引气粉煤灰混凝土、掺加聚丙烯纤维和纤维素纤维引气粉煤灰混凝土的早期开裂性能及力学性能对比试验研究。试验结果表明:掺入聚丙烯纤维、纤维素纤维可不同程度的改善混凝土早期抗裂性能,掺加聚丙烯纤维的早期抗裂效果优于纤维素纤维;掺入纤维素纤维使混凝土立方体抗压强度有显著的提高,而掺加聚丙烯纤维对混凝土的影响并不显著且略微下降;掺加纤维素纤维对混凝土的抗折强度有明显的改善,而掺加聚丙烯纤维对混凝土抗折强度没有太大的影响且略微下降。     

基于起裂韧度准则的混凝土裂缝黏聚区特性

基于起裂韧度扩展准则和黏聚裂缝模型研究混凝土断裂全过程中的裂缝尖端黏聚区特性;利用不同尺寸的带裂缝三点弯曲梁试件,计算得到了裂缝尖端黏聚区的长度、黏聚力、裂缝张开位移等,并采用现有试验成果和有限元方法计算成果对本文结果进行了验证。分析结果表明:最大黏聚区长度以及峰值时刻对应的临界黏聚区长度随试件尺寸增大而逐渐增大,最大黏聚区长度受拉伸软化曲线影响;裂缝断裂全过程曲线受软化曲线影响较小;当外荷载达到峰值后裂缝张开位移近似为线性分布,黏聚力分布受拉伸软化曲线影响较大。     

万家寨水利枢纽工程粉煤灰补偿收缩混凝土性能研究

通过对掺粉煤灰低热微膨胀补偿收缩混凝土的强度、变形和耐久性等基本性能及其自生体积变形和不同约束、不同养护条件下的预压应力进行系统的试验研究，并对其微观结构进行了分析。结果表明，掺２０％的优质粉煤灰不但可以配制满足万家寨水利枢纽工程技术要求的补偿收缩混凝土，而且能降低混凝土的干缩变形、减少拉应力及延缓拉应力出现的时间     

粉煤灰水在土壤包气带中的垂直迁移规律

以太原二电厂阳坡沟粉煤灰场为例,建立灰水中污染物在土壤包气带的垂直迁移规律模型。通过数值计算可知,灰水污染物F-和As垂直入渗到达含水层中的浓度与包气带土壤渗透系数、吸附分配系数的关系均呈线性关系,灰水污染物F-到达含水层时的浓度与包气带土壤厚度的关系呈线性关系,污染物As的浓度与包气带土壤厚度的关系呈多项式曲线关系。     

基于串并联弹簧模型的混凝土黏聚律及裂缝扩展全过程分析

基于串并联弹簧随机损伤模型,结合损伤模型和断裂模型的耗散能等效原理计算得到了混凝土裂缝黏聚律;基于微弹簧断裂应变服从Weibull分布和对数正态分布,研究了不同概率密度函数对裂缝黏聚律的影响,并比较了所获得的黏聚律与采用位移等效方法获得的黏聚律的区别。依据得到的黏聚律模拟了三点弯曲梁裂缝扩展全过程,结果表明:混凝土裂缝黏聚律受微弹簧断裂应变服从的概率密度函数影响;基于串并联弹簧随机损伤模型得到的裂缝黏聚律基本不受串并联弹簧模型层数影响,避免了获取黏聚律时的模型层数敏感性问题。     

HF粉煤灰混凝土与普通混凝土抗冲耐磨性能试验研究

在依据水力冲刷原理和文丘里原理设计的材料抗冲磨机以及空蚀发生器上,研究了不同流速、不同含沙量水流条件下HF粉煤灰混凝土和普通C30混凝土抗冲耐磨和抗空蚀性能。试验结果表明HF粉煤灰混凝土及普通C30混凝土抗冲耐磨和抗空蚀性能随冲刷水流介质条件的变化而变化,以及具有较高抗压强度的HF粉煤灰混凝土抗冲耐磨和抗空蚀性能明显优于强度相对较低的C30普通混凝土这一事实。     

粉煤灰掺量对真空脱水混凝土碳化速度的影响

提出制作真空脱水混凝土试件的试验方法,针对粉煤灰掺量(等量取代水泥)分别为0,15%,30%时的真空脱水混凝土试件与非真空脱水混凝土试件进行快速碳化试验。试验结果表明:粉煤灰掺量为15%时,在加强混凝土养护的情况下,掺粉煤灰对混凝土碳化深度影响不大;粉煤灰掺量为30%时,掺粉煤灰对混凝土碳化深度影响较大,尤其是真空脱水混凝土碳化深度增加约20%;真空脱水技术的应用能减小混凝土的碳化深度。     

大掺量粉煤灰及塑钢纤维混凝土断裂性能研究

断裂韧度是衡量大掺量粉煤灰混凝土断裂性能的重要参数,在粉煤灰混凝土中掺入纤维能够改善其脆性大和易开裂的缺点。利用三点弯曲梁试验,通过控制异型塑钢纤维体积率、灰胶比和水胶比3个参数,分别考察它们对大掺量粉煤灰混凝土断裂韧度的影响。研究表明,大掺量粉煤灰混凝土的断裂韧度随异型塑钢纤维体积率的增加而增大,随灰胶比、水胶比增大而减小。     

粉煤灰掺量对泵送混凝土碳化及抗冻性的影响

为了研究不同水胶比、不同粉煤灰掺量对泵送混凝土的碳化及抗冻性能的影响,进行了相关试验。试验结果表明:泵送混凝土的碳化深度随粉煤灰掺量、水胶比、龄期的增长而增长;相比常态混凝土,粉煤灰对泵送混凝土抗碳化性能较为有利;掺SP-8N泵送混凝土的抗碳化及抗冻性能略高于掺JM-2混凝土;粉煤灰掺量为30%,水胶比从0.30变化至0.50时,泵送混凝土均具有较好的抗冻性能;水胶比是影响泵送混凝土碳化及抗冻性能的主要因素。     

掺粉煤灰混凝土强度增长与龄期关系的试验研究

粉煤灰掺入混凝土中取代部分水泥,不仅可以降低混凝土的成本,还可以改善混凝土的物理力学性能及耐久性。本文针对掺粉煤灰普通水泥配制的混凝土,对其各龄期强度间的关系进行了研究。通过回归分析得出掺粉煤灰普通水泥混凝土的强度增长与龄期的关系式。     

含气量对粉煤灰混凝土抗冻性能影响的研究

采用快速冻融法,控制不同粉煤灰掺量的混凝土的含气量,进行了50次抗冻融循环。研究分析表明:在含气量低于5%的时候,粉煤灰混凝土随着含气量的增大,粉煤灰混凝土抗冻性能大幅提高,接近普通硅酸盐混凝土抗冻性能;含气量大于5%一直到15%左右,粉煤灰混凝土抗冻性能高于普通硅酸盐混凝土。