本文關(guān)鍵詞： 混凝土 三相模型 ITZ過(guò)渡區(qū) 滯回曲線 細(xì)觀損傷　出處：《東南大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：從細(xì)觀層次著手,將混凝土視為由骨料、砂漿及二者之間的界面層(ITZ)所組成的三相復(fù)合材料,建立了包含球形和橢球形骨料的混凝土三維體積元模型。模擬了混凝土單軸拉壓破壞過(guò)程,探討了ITZ過(guò)渡區(qū)缺陷對(duì)破壞過(guò)程的影響。進(jìn)一步模擬了混凝土在循環(huán)荷載下的力學(xué)行為,通過(guò)修正混凝土塑性損傷模型,實(shí)現(xiàn)了對(duì)混凝土循環(huán)荷載下裂縫閉合行為的模擬。主要完成的工作如下：對(duì)現(xiàn)有的混凝土材料破壞模擬方法進(jìn)行了總結(jié),歸納和分析了混凝土宏觀和細(xì)觀破壞模型。依據(jù)文獻(xiàn)中的試驗(yàn)數(shù)據(jù),擬合反演得到混凝土塑性損傷模型中的相關(guān)參數(shù),給出了模擬分析中需要的不同強(qiáng)度混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。在代表性體積元的基礎(chǔ)上,建立了不同級(jí)配混凝土的計(jì)算模型。建立了球形和橢球形骨料的三維模型,模擬分析了混凝土單軸拉壓的破壞過(guò)程。結(jié)果顯示混凝土在單向拉壓破壞過(guò)程中,薄弱的ITZ層誘導(dǎo)了混凝土內(nèi)部的起裂過(guò)程。建立了具有不同ITZ層強(qiáng)度的混凝土模型,模擬結(jié)果顯示ITZ層強(qiáng)度對(duì)極限荷載曲線以及損傷演化曲線影響顯著,ITZ層強(qiáng)度越低極限荷載越低。通過(guò)控制變量法比較不同短長(zhǎng)軸比值的橢球骨料模型對(duì)混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響,發(fā)現(xiàn)骨料的短長(zhǎng)軸比值越大,混凝土的破壞軟化過(guò)程越迅速。建立了均質(zhì)和包含三維骨料非均質(zhì)性影響的兩類鋼筋混凝土梁模型,結(jié)果表明局部的非均質(zhì)性導(dǎo)致混凝土的拉壓極限荷載以及彈性模量均有一定程度的下降。將這兩類模型模擬得到的荷載和跨中撓度曲線與報(bào)道的試驗(yàn)曲線進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)非均質(zhì)模型的加載曲線更接近試驗(yàn)曲線。對(duì)塑性損傷(CDP)模型進(jìn)行了修正,修正后的CDP模型可以更高效地模擬混凝土中裂縫的閉合行為。模擬發(fā)現(xiàn)混凝土在彈性階段,由于材料的非均質(zhì)性導(dǎo)致ITZ層更易產(chǎn)生初始損傷,對(duì)后期裂紋的擴(kuò)展影響顯著。模擬分析了循環(huán)載荷下實(shí)際鋼筋混凝土柱的破壞過(guò)程,結(jié)果表明修正的CDP模型可以有效地模擬鋼筋混凝土滯回曲線中的捏攏現(xiàn)象。同時(shí)模擬了循環(huán)荷載作用下考慮非均質(zhì)影響的混凝土代表體元的破壞過(guò)程,結(jié)果顯示ITZ層強(qiáng)度不僅對(duì)代表體元的等效彈性模量以及極限荷載有較大的影響,而且對(duì)宏觀破壞面的幾何特征起到關(guān)鍵的作用,較小的ITZ層強(qiáng)度差異將導(dǎo)致破壞面的顯著轉(zhuǎn)移�；炷恋墓橇想S機(jī)性導(dǎo)致了輕微差別的ITZ強(qiáng)度模型發(fā)展出不同的宏觀破壞面,循環(huán)荷載作用下骨料的隨機(jī)性是代表體積元模型對(duì)ITZ層強(qiáng)度敏感的主要來(lái)源。
[Abstract]:The concrete is regarded as a three-phase composite composed of aggregate, mortar and the interfacial layer ITZ between them. A three-dimensional volumetric element model of concrete containing spherical and ellipsoidal aggregates is established, and the failure process of concrete under uniaxial tension and compression is simulated. The influence of defects in ITZ transition zone on the failure process is discussed. The mechanical behavior of concrete under cyclic load is further simulated, and the plastic damage model of concrete is modified. The simulation of crack closure behavior under cyclic loading of concrete is realized. The main work accomplished is as follows: the existing methods for simulating the failure of concrete materials are summarized. The macroscopic and mesoscopic failure models of concrete are summarized and analyzed. According to the experimental data in the literature, the relevant parameters in the plastic damage model of concrete are obtained by fitting and inversion. The stress-strain relation curves of concrete with different strength are given in the simulation analysis. On the basis of the representative volume element, the calculation model of concrete with different gradation is established, and the three-dimensional model of spherical and ellipsoidal aggregate is established. The failure process of concrete under uniaxial tension and compression is simulated and analyzed. The results show that the weak ITZ layer induces the initiation of cracks in concrete during uniaxial tension-compression failure. A concrete model with different strength of ITZ layer is established. The simulation results show that the strength of ITZ layer has a significant effect on the ultimate load curve and damage evolution curve. The lower the ultimate load of ITZ layer is, the lower the ultimate load is. The effect of the stress-strain curve, It is found that the larger the short axis ratio of aggregate is, the faster the failure softening process of concrete is. Two kinds of reinforced concrete beam models with homogeneous and three-dimensional aggregate heterogeneity are established. The results show that the ultimate load and elastic modulus of concrete decrease to some extent due to the local heterogeneity. The load and mid-span deflection curves simulated by these two models are compared with the reported experimental curves. It is found that the loading curve of the heterogeneous model is closer to the experimental curve. The plastic damage model is modified, and the modified CDP model can more efficiently simulate the crack closure behavior in concrete. It is found that the concrete is in the elastic stage. Due to the heterogeneity of the material, the ITZ layer is more prone to initial damage, which has a significant effect on the crack propagation in the later stage. The failure process of the actual reinforced concrete columns under cyclic loading is simulated and analyzed. The results show that the modified CDP model can effectively simulate the squeezing phenomenon in the hysteresis curve of reinforced concrete, and the failure process of the concrete representative element considering the heterogeneity under cyclic load is also simulated. The results show that the strength of the ITZ layer not only has a great influence on the equivalent elastic modulus and ultimate load of the representative volume element, but also plays a key role in the geometric characteristics of the macroscopic failure surface. The small difference in strength of ITZ layer leads to a significant transfer of failure surface. The randomness of concrete aggregate leads to the development of different macroscopic failure surfaces by slightly different ITZ strength models. The randomness of aggregate under cyclic loading is the main source of bulk element model's sensitivity to the strength of ITZ layer.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU528

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本文編號(hào)：1519401