【摘要】：由于取材來(lái)源廣泛且方便、施工工藝簡(jiǎn)單、硬化前構(gòu)件形狀的可塑性大等優(yōu)點(diǎn),混凝土被廣泛應(yīng)用于土木工程、水利工程和其他基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中。但是,由于受到一些自然缺陷或病害的影響,如裂縫、空洞、弱界面過(guò)渡區(qū)等,混凝土的耐久性和抗斷裂性能等會(huì)明顯下降,這給結(jié)構(gòu)的使用帶來(lái)了巨大的安全隱患。因此,研究混凝土中病害對(duì)其抗斷裂性能的影響有著重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和工程意義。文章通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法的可靠性,再利用數(shù)值模擬方法研究了裂縫、空洞、弱界面過(guò)渡區(qū)等不同病害對(duì)混凝土斷裂性能和行為的影響。主要的創(chuàng)新性研究工作包括:(1)研究了帶預(yù)制切口的混凝土梁三點(diǎn)彎曲斷裂行為,提出并討論了切口的“死活”問(wèn)題。首先開(kāi)展了帶單一預(yù)制切口和雙預(yù)制切口混凝土梁的三點(diǎn)彎曲斷裂實(shí)驗(yàn),獲得了斷裂過(guò)程中的載荷-位移曲線和開(kāi)裂路徑。然后,利用改進(jìn)的隨機(jī)骨料生成和投放算法,建立了與實(shí)驗(yàn)級(jí)配相同的帶預(yù)切口的二維混凝土兩相細(xì)觀異質(zhì)模型,結(jié)合粘聚帶模型,模擬了三點(diǎn)彎曲混凝土梁的斷裂行為,將獲得的載荷-位移曲線、斷裂路徑與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,來(lái)驗(yàn)證數(shù)值模擬方法的可靠性。最后,用數(shù)值模擬方法研究了在雙預(yù)制切口條件下,切口的位置和骨料分布對(duì)切口“死活”的影響。研究發(fā)現(xiàn),切口位置是影響切口“死活”的主要因素,到梁中心距離越近的切口越容易被激活。(2)采用擴(kuò)展有限元方法模擬了細(xì)觀異質(zhì)混凝土梁三點(diǎn)彎曲斷裂行為,討論了空洞對(duì)斷裂的誘導(dǎo)問(wèn)題。首先,開(kāi)展了帶預(yù)制通孔混凝土梁的三點(diǎn)彎曲斷裂實(shí)驗(yàn),獲得了斷裂過(guò)程中的載荷-位移曲線和累計(jì)聲發(fā)射事件數(shù)隨加載位移的變化規(guī)律。然后,從定性和定量?jī)煞矫鎸?shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,來(lái)驗(yàn)證數(shù)值模擬方法的可行性。最后,用數(shù)值模擬方法研究了空洞位置和尺寸對(duì)斷裂行為的影響。研究結(jié)果表明,空洞距離梁中心和梁底部越近時(shí),對(duì)梁的削弱越嚴(yán)重。(3)提出了空洞對(duì)斷裂路徑影響區(qū)的概念,采用數(shù)值模擬方法研究了空洞對(duì)單邊預(yù)制切口混凝土梁的對(duì)稱四點(diǎn)彎曲斷裂路徑的影響。首先,假設(shè)空洞影響區(qū)的形狀是圓形,通過(guò)沿著梁長(zhǎng)度方向移動(dòng)空洞位置直到斷裂路徑不穿過(guò)空洞為止的方式,確定了影響區(qū)的半徑。然后,分析了空洞的尺寸和空洞到梁底部的距離對(duì)影響區(qū)尺寸的影響,并將無(wú)量綱化的影響區(qū)半徑擬合為無(wú)量綱化空洞尺寸和位置的函數(shù)。最后作為驗(yàn)證,用擬合函數(shù)預(yù)測(cè)的影響區(qū)尺寸解釋了在多空洞模型斷裂過(guò)程中斷裂路徑的走向選擇問(wèn)題。(4)建立了三維細(xì)觀異質(zhì)混凝土模型,模擬了其單軸拉伸斷裂行為,討論了界面隨機(jī)性對(duì)混凝土整體斷裂性能的離散性和分布特征的影響。首先,通過(guò)與文獻(xiàn)中實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較,驗(yàn)證了模型的合理性。然后,假設(shè)模型中界面力學(xué)參數(shù)服從正態(tài)分布,采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法分析了界面性能的隨機(jī)性對(duì)混凝土峰值載荷、斷裂耗散能和斷裂形貌離散性的影響,檢驗(yàn)了峰值載荷和斷裂耗散能服從的分布類型。研究結(jié)果表明,受到界面隨機(jī)性的影響,混凝土的峰值載荷、斷裂耗散能的分布特征可以近似地用正態(tài)分布或者威布爾分布來(lái)描述。在界面的三個(gè)參數(shù)中,拉伸強(qiáng)度的隨機(jī)性對(duì)混凝土斷裂性能離散性的影響最大。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU528
【圖文】：

三點(diǎn)彎曲梁尺寸及加載示意圖

緊湊拉伸試樣尺寸及加載示意圖

測(cè)量斷裂能G、局部斷裂能g沿著斷裂韌帶區(qū)的分布示意圖

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 馮偉干;楊新華;陳傳堯;;正態(tài)分布非均勻各向同性彈性材料的有效力學(xué)性質(zhì)分析[J];機(jī)械強(qiáng)度;2008年01期

2 武曉麗;;混凝土裂縫成因及控制[J];港工技術(shù);2006年03期

3 覃偉平;楊新華;陳傳堯;;一種快速的三維凸型混凝土骨料隨機(jī)投放算法[J];水電能源科學(xué);2006年03期

4 劉光廷,高政國(guó);三維凸型混凝土骨料隨機(jī)投放算法[J];清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2003年08期

5 丁星,彭小芹,萬(wàn)朝均;混凝土緊湊拉伸試樣斷裂穩(wěn)定性分析[J];重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào);1998年01期

6 徐世p

本文編號(hào)：2749478