一种基于绕晶失效模式的混凝土断裂分析模型

基于普通强度混凝土发生I-型开裂后的形态学特征,充分考虑其材料组成的非均质性及细观尺度绕晶失效模式,建立了用于混凝土断裂破坏行为及其宏观力学性能研究的三维细观断裂理论分析模型。模型采用细观力学基本理论框架,假设混凝土材料由骨料、砂浆和界面构成。为简化理论推导,采用弹性球体代表骨料,采用典型双线性弹性本构模型表征砂浆和界面的力学行为。建立的理论分析模型能够描述普通强度混凝土在唯一裂缝面假定下的断裂面形态学特征,并定量给出宏观尺度断裂参数。该文工作可为后续建立基于穿晶失效模式的混凝土断裂分析模型提供研究框架,为最终建立基于性能的混凝土材料配合比设计理论奠定基础。

基于修正断裂分析模型的混凝土劈拉强度预测

数值分析是规避试验短板、实现理论预期的重要研究手段。该文采用细观尺度数值试验方法,对建立的基于绕晶失效模式的混凝土三维细观断裂理论分析模型进行修正。采用的混凝土数值分析模型由砂浆、界面及骨料组成,与理论分析模型保持一致。为模拟普通强度混凝土的力学行为,采用塑性损伤本构模型表征砂浆和界面的力学性能,骨料则设为弹性球体。采用自编骨料投放程序,建立了截面尺寸分别为100 mm(一级配)、150 mm(二级配)、300 mm(三级配)和450 mm(四级配)的三维模型混凝土标准立方体试件。通过开展不同界面强度条件下标准立方体试件劈裂拉伸加载数值试验,对理论分析模型进行了修正,建立了用于不同级配混凝土劈拉强度预测的半理论-半经验修正计算公式。与数值试验及物理试验结果对比表明:修正后的理论分析模型能够有效表征混凝土宏观力学性能随细观组成材料力学特性和结构特性的变化规律。该文提出的基于重叠效应和结构效应分析的理论模型修正方法,可为后续建立基于修正断裂分析模型的混凝土力学性能半理论-半经验预测公式奠定基础。