一种混凝土随机凸多边形骨料模型生成方法

混凝土的级配及骨料含量对其宏观力学特性有直接的影响,适当的随机骨料模型是进行混凝土细观力学数值模拟分析的前提和基础。本文首先讨论了瓦拉文公式的推导过程,分析了骨料分布和形态的随机特性,按照骨料切面几何图形面积等效的原则,将瓦拉文公式推广应用于确定二维混凝土试件截面凸多边骨料分布。研究了点与多边形及多边形与多边形的贯穿和侵入的几何关系,编制了凸多边形生成程序和细观有限元剖分程序。全级配混凝土梁三分点加载弯曲数值试验显示了所编程序的正确性。

三级配混凝土二维随机多边形骨料模型数值模拟

为了研究混凝土的细观力学性能,利用MATLAB自编程序建立混凝土多边形随机骨料模型,采用最大限定边长和最小限定边长控制多边形骨料生成,并将随机骨料模型导入Comsol软件,建立混凝土细观模型,最后对三级配混凝土轴拉破坏进行数值模拟分析。分析结果表明,该混凝土细观模型算法合理可靠、简单易行,数值计算结果与宏观混凝土轴拉试验结果相符。可为混凝土的非线性有限元分析及力学性能试验改进提供理论依据。

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。

混凝土随机骨料模型的建模及尺寸效应

在现有的混凝土二维随机多边形骨料生成方法的基础上,引入了一种新的生成方法,能在任意混凝土截面上生成任意面积百分比的骨料,其在Matlab中实现。并把生成的骨料模型导入有限元软件ABAQUS内进行数值模拟。最后应用本模型验证混凝土强度的尺寸效应。通过模拟表明,此方法简单,并能够与三维建模建立一定的联系。

硫酸盐对混凝土侵蚀过程的细观数值分析

硫酸盐侵蚀作为混凝土耐久性损伤的一个重要方面,日益受到人们的普遍关注。根据Fick第二定律和化学反应动力方程,建立了细观层面硫酸盐对混凝土侵蚀过程的数值分析方法。以混凝土随机凸多边形骨料模型为基础,利用Matlab程序对有限元软件进行二次开发,建立了基于扩散-化学反应的硫酸盐对混凝土侵蚀过程的细观数值分析方法,并与试验结果进行了对比。结果表明:硫酸盐侵蚀过程细观数值方法得到的模拟结果与试验结果吻合较好,可以有效模拟硫酸盐对混凝土的侵蚀过程;距混凝土表面一定深度范围内,SO_(4)^(2-)浓度随表面SO_(4)^(2-)浓度的提高而增加;砂浆中SO_(4)^(2-)扩散系数是影响混凝土内SO_(4)^(2-)最大侵蚀深度的主要因素;界面过渡区厚度对硫酸盐环境中混凝土损伤的影响较小。

基于细观层次的再生混凝土抗压强度数值分析

针对再生混凝土细观结构组成复杂、具有高度的非均匀性的特性,利用Monte-Carlo原理建立了包含新、旧砂浆,新、旧界面过渡区及天然骨料等五相随机凸多边形骨料模型,结合混凝土塑性损伤模型进行单轴压缩模拟。在验证了所建模型合理性的基础上,研究了再生混凝土单轴受压的破坏机理,分析了再生混凝土的破坏与应力分布的关系,并调整相关参数,讨论了新、旧界面过渡区和新、旧砂浆性能对再生混凝土抗压强度的影响。结果表明:大粒径骨料及其形状对再生混凝土的破坏起关键作用;拉应力与切应力集中是其破坏的主要原因;细观上累积损伤形成了再生混凝土的宏观破坏;分析得到提升RAC抗压强度的优先级依次为新砂浆、旧砂浆、新界面过渡区、旧界面过渡区。

基于ABAQUS的再生混凝土塑性损伤性能

为了探究再生混凝土塑性损伤性能,结合Sidoroff能量等价原理,研究了CDP模型的塑性损伤因子、非弹性应变、开裂应变等关键参数,构建了基于随机多边形骨料、老砂浆、新砂浆、骨料-老砂浆界面、老-新砂浆界面、骨料-新砂浆界面的再生混凝土细观结构模型,研究了轴向压位移和拉位移作用下再生混凝土的损伤开展过程、各向应力水平、破坏形态、损伤值等关键力学性能,并将结果与试验结果进行了对比分析。研究表明:基于能量等价原理的损伤因子适用于ABAQUS建模,该方法简洁、收敛性好。再生混凝土受压损伤破坏云图呈“V”形,受拉损伤破坏云图呈“一”形,其受拉损伤和受压损伤均已达到0.956,模拟计算结果与试验结果吻合较好,表明基于随机多边形骨料的再生混凝土细观模型真实,计算方法合理。

再生混凝土抗氯离子渗透的五相细观数值模拟

考虑到再生混凝土微细观结构的非均质性,建立了包括新、旧界面过渡区,新砂浆、旧粘结砂浆和天然骨料的再生混凝土五相模型。基于Monte Carlo理论,借助MATLAB软件平台开发了更贴近实际的再生混凝土凸多边形粗骨料分析模型。模型计算结果与试验结果相近,证明五相凸骨料细观模型能较好地预测再生混凝土中氯离子的渗透行为,进而定量分析了再生骨料混凝土特性因子对氯离子渗透的影响。研究结果表明:当再生粗骨料体积分数由0增至50%时,氯离子扩散系数和扩散深度分别增加102.0%和23.9%;当界面过渡区厚度从25μm扩大至100μm时,氯离子扩散深度和扩散系数分别增加13%和37.0%;当再生粗骨料含量较大时,旧粘结砂浆的增加会显著降低再生混凝土抗氯离子渗透性能,旧砂浆粘结率从0.1增加到0.4,氯离子扩散系数增加18.2%;新、旧界面过渡区和旧粘结砂浆是影响再生混凝土抗氯离子渗透能力的根本原因。

钢混组合梁桥面混凝土弹性模量的预测与影响因素分析

为预测混凝土的弹性模量,探究混凝土各组分材料参数对弹性模量预测结果的影响,根据混凝土实际级配构建多边形随机骨料模型,通过原材料测试结果获取了数值计算时使用的材料参数,借助数值计算软件对混凝土的弹性模量进行了预测,并在上述预测方法的基础上,分析了骨料、砂浆的模量和泊松比对预测结果的影响。预测结果表明,采用多边形随机骨料模型更接近真实的混凝土细观结构,能够较为准确地预测混凝土弹性模量,可为项目工程的混凝土设计优化提供科学依据。