单轴拉压状态下混凝土破坏的细观数值演化分析

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第２４卷
第１期
建筑科学与工程学报
ＪｕｎｌｆｃｉｃｕｅａｄＣｖｌｎｉｅｒｇｒａｏｈｔｔｒｎｉｉＥｇｎｅｉｏＡｒｅｎ
Ｖｏ．４Ｎｏ．１２１
Ｍａ．２０７ｒ０
ｖｒｏｓｓｚｓａｃｒｉｇｔｈｉｅｇｒｇｔｒｄｔｏｕｖｎｇｒｇｔｒａｆａｔｏａｉｕｉｅｃｏｄｎｏｔｅｇｖｎａｇｅａｅｇａａｉｎｃｒｅａｄａｇｅａｅａｅｒｃｉｎ，ａｄｔｅｎｈ
ＬＮｏ，ＬｉｎｂＨＡＯｕｎ，ＬＡＮＧｈｎ —ｈｏＩＧａＩＪａ－ｏ，ＺＪａＩＺｅｇｚａ
（．ＥａｔｑａｅＥｎｉｅｒｎｓａｃｖｓｏ１ｒｈｕｋｇｎｅｉｇＲｅｅｒｈＤｉｉｉｎ，ＤａｉｎＵｎｖｒｉｆＴｅｈｏｏｙ，Ｄａｉｎ１０４，ｌｉｅｓｔｏｃｎｌｇａｙｌ６ａ１２Ｌｉｏｉｇａｎｎ，Ｃｉａ．ＳａｅＫｅａｏａｏｙｏａｔｌａｄＯｆｓｏｅＥｎｉｅｒｎｈｎ；２ｔｔｙＬｂｒｔｒｆＣｏｓａｎｆｈｒｇｎｅｉｇ，
２００７年３月
文章编号：６３２４（０７０ —０１０１７—０９２０）１００－６
单轴拉压状态下混凝土破，建波赵娟梁正召。李，，
１０４２（．大连理工大学工程抗震研究所，宁大连１６２；．大连理工大学海岸与近海工程１辽
ＤａｉｎＵｎｖｒｉｙｏｃｎｌｇ，Ｄａｉｎ１６２ｌｉｅｓｔｆａＴｅｈｏｏｙｌ１０４，Ｌｉｏｉｇ，Ｃｈｎ）ａａｎｎｉａ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ａｎｄｖｎｅｍｅｈｓａａｃｄｔｏｄｗａｐｒｓｎｅｔｎｅａｅａｇｒｇａｅｔｒｎｍｈａｓｎｄｅｅｔｄｏｇｅｒｔｇｅｔｓｗｉｈａｄｏｓｐｅａ
ｅａｔｃａａｅｏｔｔｔｖｒｌｔｏｏｆｌｓｉｄｍｇｃｎｓｉｕｉｅｅａｉｎｓｍｅｏｓｏｉｅｅｎｔｗｅｅｓａｉｈｅｉｔｔｅ－ｓｃｐｃｌｍｅｓｒｅｔｂｌｓｄｎｈｅｈｒｅｄｉｅｉｎｓｒｓｉｌＮｕｅｉａｉｕａｉｎｔｓｓｗｅｅｃｒｉｄｏｕｏｓｕｈｅｄｍａｅｅｏｌｔｏｍｎｓｏｔｅｓｆｅｄ．ｍｒｃｌｓｍｌｔｏｅｔｒａｒｅｔｔｔｄｙｔａｇｖｕｉｎｏｅｏｌｖｅｎｈｅｉｌｅｅｆｐｒｍｅｅｓｏｎｍａｒ —ｅｌｓｒｎｈｏｆｃｎｒｔｐｃｍｅｎｍｓ－ｅｌａｄｔｎｆｕｎｃｓｏａａｔｒｃｏｌｖｅｔｅｇｔｏｃｅｅｓｅｉｎ，ｉｎｗｈｃｗｏｄｆｅｅｔｋｎｄｆｃｎｃｅｅｓｒｎｈｒｏｐｒｄ．Ｔｈｍｅｉａｅｕｔｅｉｙｔｉｉｈｔｉｆｒｎｉｓｏｏｒｔｔｅｇｔｓｗｅｅｃｍａｅｅｎｕｒｃｌｒｓｌｓｖｒｆｈｓｍｅｏｓｏｐｃｍｏｄｌａｄｓｏｗｈａｈｅｆｉｕｒｏｃｎｃｅｅｉｓｃｉｅ，ｎｈｔｔｔａｌｅｆｏｒｔｓｍｏｓｌｅｔｈｅａｃｔｙｄｕｏｔｃｕｍｕｌｔｏｏａｉｎｆ
关键词：混凝土；随机骨料模型；损伤与破坏；细观数值模拟；轴拉伸；单单轴压缩
中图分类号：ＴＵ５８０１２．４文献标志码：Ａ
ＭｅｏｃｐｉｍｅｉａｏｕｉｎＡｎｌｓｓｏｎｃｅｅＤａａｅｓｓｏｃＮｕｒｃｌＥｖｌｔｏａｙｉｆＣｏｒｔｍｇＵｎｅｉｘａｎｉｎａｍｐｒｓｉｎｄｒＵｎａｉｌＴｅｓｏｎｄＣｏｅｓｏ
工程中常采用的两种不同的混凝土强度，究了混凝土试件的细观损伤演化过程及细观单元力学研
参数取值对混凝土试件宏观表征强度的影响。数值算例验证了模型的有效性，揭示出混凝土试并
件破坏主要是由细观单元的拉伸损伤积累所导致的。
国家重点实验室，宁连１６２）辽大１０４
摘要：在提出可同时满足级配曲线及指定骨料填充率的任意凹凸形骨料配置算法的基础上，立了建
混凝土试件的细观随机骨料模型，并建立了空间应力环境下细观单元的弹性损伤本构关系；别就分

混凝土材料与结构破坏过程模拟分析_顾祥林

基金项目：国家自然科学基金资助项目(90715004；50978191)
* 作者简介：顾祥林(1963-)，男，安徽庐江人，教授，博士，博导，主要从事工程结构计算机仿真、结构全寿命设计与维护研究(E-mail: gxl@)
付武荣(1981-)，男，山西运城人，博士生，主要从事混凝土构件破坏数值模拟研究(E-mail: fuwurong@)；汪小林(1981-)，男，江西玉山人，博士生，主要从事混凝土结构倒塌数值模拟研究(E-mail: wxlin1262005@)；洪丽(1985-)，女，安徽宣城人，博士生，主要从事混凝土细观力学性能研究(E-mail: 10_hongli@).
Abstract:
The damage mechanisms of concrete materials and structures were analyzed by discrete element
method (DEM). On mesoscopic level, a concrete material numerical model was developed based on DEM considering the composition of concrete materials which were coarse aggregates, mortar and their interface. On macroscopic level, a concrete structural numerical model was proposed assuming that the concrete was homogeneous. The simulation results indicated that the failure processes of concrete materials under uniaxial loading conditions could be well predicted by using the two-dimensional mesoscopic numerical model, but the damage processes of concrete materials under combined loading conditions could not be calculated correctly. The failure processes of reinforced concrete members could be accurately simulated by the DEM-based model on macroscopic level, but the calculated results had a great dependency on the shape of the elements. The collapse processes of reinforced concrete structures could also be predicted well by using the macroscopic numerical model, but the computational efficiency of the model should be further improved. Key words: concrete material; reinforced concrete structure; damage process; discrete element method (DEM); numerical simulation 混凝土结构在其服役期间可能遭受爆炸或强震作用而发生局部或整体倒塌[1]，其倒塌破坏过程具有明显跨尺度特征。从结构破坏过程来看，其损伤往往始于材料或局部截面，而后逐渐扩展至构件及整个结构；从计算分析的角度来看，若对材料、构件及结构采用同一尺度进行模拟分析，在计算效率上不现实。因此，

混凝土单轴压缩应力状态的数值分析

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｒｅｔｎｇｔｈｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｆｏｒｔｈｅｓａｍｐｌｅｏｆｎｕｍｅｉｃｒａｌａｎｌｙａｓｉｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒ
最终要落实到建筑物或构筑物上，比如水工构筑物大坝 ¨ Ｊ，直接从混凝土的强度进行分析也不失为
一
本文只对已经测定的混凝土强度进行一些数值分
析，从而进一步了解混凝土试件的应力状态，认识试
条途径。
１数值模拟试件物理实验的可行性广义荷载与狭义荷载问题。混凝土试件的物理
件失去承载能力的机理。尽管它代替不了混凝土的材料实验，只是深化了对混凝土强度的认识，但是有了这一步工作，可以对不同状态的混凝土试件事先
模型实验是施加承压板位移，读出压力机的压力读数，计算出混凝土试件的承压力，从力学概念上说是施加的广义荷载— — 位移，在数值分析中也应当施加广义荷载，为此，先按试件的标准抗压强度确定这
ｓａｍｐｌｅｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｓａｍｐｌｅｓｓｔｒｅｎｔｈ；ｎｇｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ
０引言

再生混凝土单轴受压性能细观数值模拟

源浪费。如何科学合理地处理这些建
从现有文献来看，对再生混凝土的力学性能。而再生混凝土的细观结构较
筑垃圾，使之变废为宝，已成为国内基本力学性能的研究，主要是通过大量普通混凝土有着更复杂的结构形式，可
外混凝土研究领域中的一个热点话题。试验测得与之相关的一系列试验数据，以将其看作是由再生骨料、新水泥砂浆、
◎绿建节能◎
再生混凝土单轴受压性能细观数值模拟
Meso-Numerical Simulation of Recycled Concrete Performance Under Uniaxial Pressure
赫传凯 1，张若乔 2 HE Chuan-kai1, ZHANG Ruo-qiao2 （1. 中电投工程研究检测评定中心有限公司；2. 北京大岳咨询有限责任公司）（1.China Electronics Center For Engineering Research Test & Appraisal Co.,Ltd.; 2.Beijing Dayue Consulting Co.,Ltd.）【摘要】论文运用富勒级配曲线及蒙特卡罗方法，运用 C++ 程序建立再生混凝土二维圆形骨料模型，从细观层次上生成再生混凝土的格构模型，赋予各类材料相应的力学参数；根据线弹性本构模型理论，编写非线性损伤程序，从细观层次上模拟再生混凝土单轴压缩试验，得出再生混凝土试件在荷载作用下的应力 - 应变关系曲线。结果表明：本次实验采用的格构模型及程序可以模拟再生混凝土的细观结构特征。【Abstract】In this paper, Fuller grading curve and Monte Carlo method were used to generate lattice model of recycled concrete at the mesoscopic level by C++ progran, and the appropriate mechanical parameters of various materials were given; with the linear elastic constitutive model, numerical simulation at the mesoscopic level was carried out by the nonlinear ﬁnite element method, and then the stress - strain curves of recycled concrete specimens under loads were summarized. The results showed that the lattice model used in this paper can be used to simulated microscopic structure of recycled concrete more accurately. 【关键词】再生混凝土；细观结构；单轴受压；格构模型；应力 - 应变曲线【Keywords】recycled concrete; mesoscopic structure; uniaxial pressure; lattice model; stress-strain curve DOI:10.13655/ki.ibci.2019.02.018

《基于细观尺度的混凝土单轴力学性能的数值计算》

《基于细观尺度的混凝土单轴力学性能的数值计算》篇一一、引言混凝土作为一种常见的建筑材料，其力学性能的准确评估对于建筑安全具有重要意义。

在细观尺度上，混凝土单轴力学性能的研究是关键，因为它能揭示混凝土材料在宏观力学响应下的内部变化机制。

传统的实验方法虽然能够提供一定的数据支持，但受到实验条件、成本和时间等因素的限制。

因此，基于数值计算的方法在研究混凝土单轴力学性能方面显得尤为重要。

本文旨在通过数值计算方法，深入探讨混凝土在单轴压缩下的力学行为和细观结构变化。

二、混凝土细观结构模型在细观尺度上，混凝土由骨料、砂浆和孔隙等组成。

这些组分具有不同的力学性质和几何特征，对混凝土的宏观力学性能产生重要影响。

因此，建立一个准确的混凝土细观结构模型是进行数值计算的前提。

模型中应包括骨料的形状、大小、分布，砂浆的微观结构以及孔隙的分布和大小等信息。

这些信息可以通过实验手段获取，如X射线计算机断层扫描（CT）技术等。

三、数值计算方法基于混凝土细观结构模型，采用数值计算方法可以模拟混凝土在单轴压缩下的力学行为。

常用的数值计算方法包括有限元法、离散元法等。

其中，有限元法通过将连续体离散为有限个单元，求解各单元的应力、应变等参数来分析混凝土的力学性能。

离散元法则通过模拟颗粒间的相互作用来分析混凝土在受力过程中的破坏过程和力学响应。

四、单轴压缩下的力学行为在单轴压缩下，混凝土表现出典型的非线性行为。

随着荷载的增加，混凝土内部逐渐出现微裂纹和损伤，导致其宏观力学性能发生变化。

通过数值计算，可以观察到混凝土在单轴压缩下的破坏过程和内部结构变化。

在破坏过程中，骨料的断裂、砂浆的损伤和孔隙的扩张等都会对混凝土的宏观力学性能产生影响。

此外，数值计算还可以分析不同组分之间的相互作用对混凝土整体性能的影响。

五、结果与讨论通过数值计算得到的混凝土单轴压缩下的应力-应变曲线、破坏模式以及内部结构变化等信息，可以与实验结果进行对比验证。

同时，还可以分析不同因素（如骨料类型、砂浆性质、孔隙率等）对混凝土单轴力学性能的影响。

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单轴拉压状态下混凝土破坏的细观数值演化分析

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混凝土材料与结构破坏过程模拟分析_顾祥林

混凝土单轴压缩应力状态的数值分析

再生混凝土单轴受压性能细观数值模拟

《基于细观尺度的混凝土单轴力学性能的数值计算》

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