混凝土動(dòng)態(tài)破壞過(guò)程的細(xì)觀數(shù)值方法研究.pdf

1、宏觀層次上混凝土屬于各向同性材料，但在細(xì)觀層次上，可視為由粗骨料、砂漿以及二者界面組成的三相非均質(zhì)復(fù)合材料。試驗(yàn)研究表明，混凝土是一種典型的率敏感材料，不同應(yīng)變率水平下存在不同的強(qiáng)度增長(zhǎng)機(jī)制。本文從混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，提出了適用于混凝土動(dòng)態(tài)受力分析的細(xì)觀剛體彈簧元（Rigid Body Spring Model，RBSM）方法。通過(guò)建立混凝土細(xì)觀各相組成材料的粘彈粘塑性損傷本構(gòu)模型，充分考慮Stefan效應(yīng)在中低應(yīng)變率水平下對(duì)混凝土力學(xué)

2、性能的影響規(guī)律，模擬了混凝土的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律。具體的研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)從隨機(jī)骨料模型的生成、細(xì)觀剛體單元的劃分、剛體彈簧元模型的建立、彈簧單元的本構(gòu)模型等四個(gè)方面，系統(tǒng)總結(jié)了細(xì)觀剛體彈簧元的理論框架;整理分析了現(xiàn)有主要的細(xì)觀力學(xué)模型類型;簡(jiǎn)要評(píng)述了近幾年國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展和主要理論成果。
　　(2)研究、評(píng)述了學(xué)術(shù)界對(duì)混凝土動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的理論分析，認(rèn)為混凝土的率敏感性為材料的固有性質(zhì)，主要由混凝土中自由水的粘性

3、以及材料的慣性效應(yīng)引起。建立考慮混凝土率敏感性的粘彈粘塑性損傷本構(gòu)模型，應(yīng)用細(xì)觀剛體彈簧元方法模擬了混凝土材料的率效應(yīng)及破壞形態(tài)，并確定了模型參數(shù)取值。
　　(3)應(yīng)用本文建立的粘彈粘塑性損傷本構(gòu)模型，開(kāi)展了10-5/s～10-1/s五個(gè)數(shù)量級(jí)的加載速率下混凝土試件的單軸抗拉、單軸抗壓動(dòng)態(tài)加載試驗(yàn)的數(shù)值模擬分析，并討論了主要模型參數(shù)對(duì)混凝土動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響規(guī)律。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，混凝土的單軸強(qiáng)度隨應(yīng)變率的增大而提高，且在單軸抗拉

4、中表現(xiàn)更為顯著。與現(xiàn)有的混凝土靜、動(dòng)態(tài)強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)值模擬結(jié)果比較表明，該模型能夠較好地反映混凝土強(qiáng)度隨應(yīng)變率的變化規(guī)律，較好地模擬了混凝土動(dòng)態(tài)加載下的破壞形態(tài)。
　　(4)采用細(xì)觀剛體彈簧元方法，應(yīng)用粘彈粘塑性損傷本構(gòu)模型，模擬了混凝土試件的動(dòng)態(tài)劈裂加載試驗(yàn)。本文以10-5/s～10-1/s五個(gè)數(shù)量級(jí)的加載速率模擬地震荷載作用下混凝土的劈裂強(qiáng)度隨加載速率的影響規(guī)律，同時(shí)研究了不同試件尺寸、不同墊片寬度對(duì)混凝土動(dòng)態(tài)劈裂強(qiáng)度的影響

5、。數(shù)值模擬結(jié)果表明，混凝土的動(dòng)態(tài)劈裂強(qiáng)度隨應(yīng)變率增加而提高，隨試件尺寸增大而減小，隨墊條寬度增大而增大。
　　(5)建立的混凝土動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型在單軸受力狀態(tài)下顯示出良好的模擬效果，數(shù)值結(jié)果證明，該模型對(duì)于雙軸受力狀態(tài)仍然適用。本文開(kāi)展了四種不同恒定側(cè)拉力作用時(shí)混凝土的動(dòng)態(tài)雙軸拉壓數(shù)值模擬分析，數(shù)值結(jié)果表明:雙軸拉壓加載下混凝土的抗壓強(qiáng)度隨應(yīng)變率的增大而提高，隨側(cè)拉力的增加而降低。分析了不同側(cè)拉力下混凝土的破壞機(jī)理，認(rèn)為隨著側(cè)拉力的不