混凝土拉伸時(shí)的細(xì)觀數(shù)值分析

摘要：從細(xì)觀力學(xué)角度，把混凝土看作是由骨料、水泥砂漿及二者之間的界面組成的復(fù)合材料，應(yīng)用TrueGrid軟件形成了高質(zhì)量的分塊映射網(wǎng)格，建立了混凝土立方塊試件的三維數(shù)值模型。模擬了混凝土試件在單向拉伸時(shí)裂紋的產(chǎn)生、發(fā)展過(guò)程。

關(guān)鍵詞：混凝土 ;隨機(jī)骨料模型; 映射網(wǎng)格;細(xì)觀數(shù)值模擬

中圖分類(lèi)號(hào)：TU528.01

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008-0422（2008）08-0163-03

1前言

混凝土作為重要的建筑材料已有百余年歷史，人們從不同的結(jié)構(gòu)層次來(lái)研究混凝土材料的力學(xué)性能。（1）宏觀層次。一般認(rèn)為特征體積相當(dāng)于3～4 倍的最大骨料體積。當(dāng)小于特征體積時(shí)，當(dāng)研究對(duì)象大于特征體積時(shí)，材料假定為均質(zhì)。（2）細(xì)觀層次。從分子尺度到宏觀尺度之間，其結(jié)構(gòu)單元尺度變化范圍在10-4cm至幾cm。在這個(gè)層次上，混凝土被認(rèn)為是一種由骨料、水泥砂漿及二者之間的界面組成的三相復(fù)合材料[1]。(3) 微觀層次。材料的結(jié)構(gòu)單元尺度在原子、分子量級(jí)，即從小于10-7cm～10-4cm 。材料由晶體結(jié)構(gòu)及分子結(jié)構(gòu)組成。隨著高性能計(jì)算機(jī)及數(shù)值算法的迅速發(fā)展，用數(shù)值試驗(yàn)來(lái)模擬混凝土材料破壞過(guò)程的研究已成為熱點(diǎn)，相對(duì)廉價(jià)的細(xì)觀數(shù)值分析有望彌補(bǔ)或替代部分材料試驗(yàn)[2]

2骨料尺寸

選取300mm×300mm×300mm的立方體試件，并將它們?nèi)槎?jí)配混凝土，其中大石(直徑40mm~80mm)、中石(直徑20mm~40mm)進(jìn)行數(shù)值模擬。按富勒理想級(jí)配曲線：

（1）

其中D為篩孔直徑；Dmax為骨料最大粒徑；P為能通過(guò)篩孔D的骨料的質(zhì)量百分比。

取Dmax為80mm，求得大石、中石的質(zhì)量百分比：

由表1可知，粒徑為40mm~80mm的骨料質(zhì)量百分比為100%-70.7%=29.3%，粒徑為20mm~40mm的骨料質(zhì)量百分比為70.7%-50%=20.7%。……