混凝土尺寸效应数值模拟研究进展

数值模拟的尺寸效应
在微观尺度上，尺寸效应可能导致由于模拟对象尺寸较小而产生的表面效应、量子效应或者材料非均匀性等问题。

这些效应在纳米材料、纳米器件等微观尺度的模拟中尤为显著。

在进行这些模拟时，需要考虑到尺寸效应对材料性质、结构稳定性以及相变行为等方面的影响，以确保模拟结果的准确性。

在宏观尺度上，尺寸效应可能导致由于模拟对象尺寸较大而产生的边界效应、尺寸依赖性等问题。

这些效应在大型结构、土木工程、流体力学等领域的模拟中也是一个重要考虑因素。

在这些模拟中，需要考虑到尺寸效应对结构强度、流场分布、热传导等方面的影响，以确保模拟结果的可靠性。

为了解决尺寸效应对数值模拟的影响，研究人员通常会采用多尺度模拟、尺度转换技术、修正模型参数等方法来提高模拟结果的准确性和可靠性。

此外，还可以通过对模拟对象的尺寸进行合理的缩放和参数调整，以减小尺寸效应对模拟结果的影响。

总之，尺寸效应在数值模拟中是一个重要的问题，需要从微观
和宏观两个尺度上进行全面考虑和分析，以确保模拟结果的准确性和可靠性。

基于细观层次的混凝土抗压强度与尺寸效应的数值模拟孙占青【摘要】为了实现混凝土试件抗压强度与尺寸效应的仿真计算分析,在细观尺度下,把混凝土看作是由砂浆、粘结带和骨料组成的三相复合材料,细观尺度下的各相物理力学参数都以试验数据为依据,用随机骨料模型代表混凝土细观结构,利用有限元法和混凝土细观力学的本构关系,借助于计算机强大的运算能力,对混凝土复杂的力学行为进行数值模拟.通过计算发现:混凝土抗压强度和破坏过程与试验相吻合,试件的尺寸效应也符合一定的规律,而且随着试件尺寸的增大,抗压强度逐渐降低.【期刊名称】《黑龙江工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(025)001【总页数】4页(P6-9)【关键词】细观尺度;随机骨料模型;抗压强度;尺寸效应;数值模拟;本构模型【作者】孙占青【作者单位】北京工业大学建筑工程学院,北京100124【正文语种】中文【中图分类】TU528.01混凝土作为建筑工程中一种常用的建筑材料，与其他材料相比（木结构、钢结构），具有取材容易，成本低廉，施工方便，可模性、整体性好的优点［1］，所以混凝土至今乃至以后仍然是建筑行业的支柱材料。

混凝土结构的使用至今约有一百五十多年的历史，在过去的一百多年时间里，人们对混凝土的研究主要是来自于试验。

从90年代开始，随着计算机技术的大力发展，人们对混凝土的研究也从宏观领域转到微观领域和细观领域，由于混凝土的试验工作要耗费大量的人力、物力和财力，对于一些大型的试件，还要受到试验条件的限制，细观数值模拟如今也成为研究混凝土力学性能的一个重要手段，这种方法既为理论研究的验证和广泛应用提供了先进的工具，又为试验研究创造了高效经济的计算机仿真技术，人们可以利用有限元法和混凝土细观力学的本构关系，借助于计算机强大的运算能力，对混凝土复杂的力学行为进行数值模拟。

为了研究混凝土试件的抗压强度与尺寸效应，本文将从细观损伤的角度采用随机骨料模型和有限元数值计算来研究混凝土的损伤破坏过程和抗压强度以及尺寸效应［2］。

文章编号：1000-4750(2021)03-0050-10剪跨比对CFRP 加固无腹筋混凝土梁剪切破坏及尺寸效应的影响研究金 浏，夏 海，蒋轩昂，杜修力(北京工业大学城市减灾与防灾防护教育部重点实验室，北京 100124)摘 要：剪跨比对FRP 抗剪加固梁的裂缝开展和破坏模式有重要影响，但对FRP 加固梁抗剪强度及尺寸效应的影响研究较少。

采用三维细观数值模拟方法，考虑混凝土细观组成的非均质性及碳纤维布(CFRP)与混凝土之间的相互作用，建立了CFRP 加固无腹筋钢筋混凝土梁剪切破坏力学分析模型。

在验证细观模拟方法合理性的基础上，拓展模拟与分析了剪跨比对CFRP 加固钢筋混凝土梁剪切破坏及尺寸效应的影响机制与规律。

研究结果表明：剪跨比对CFRP 抗剪加固梁剪切破坏模式影响较大，剪跨比越大，加固梁愈趋近于延性较好的斜拉破坏；剪跨比对CFRP 加固梁抗剪承载力有较大影响，对抗剪强度尺寸效应影响较小；剪跨比对加固梁中的CFRP 剪切贡献影响较大，剪跨比越大，CFRP 对加固梁的抗剪效果越好，其中对中型剪跨比(λ=2.5)的梁加固效果最有效。

关键词：CFRP 加固；混凝土梁；剪跨比；抗剪强度；尺寸效应中图分类号：TU375.1 文献标志码：A doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0028EFFECT OF SHEAR-SPAN RATIO ON SHEAR FAILURE AND SIZE EFFECT OF CONCRETE BEAMS WITHOUT WEB REINFORCEMENTSTRENGTHENED BY CFRPJIN Liu , XIA Hai , JIANG Xuan-ang , DU Xiu-li(The Key Laboratory of Urban Security and Disaster Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)Abstract: The shear-span ratio has an important influence on the crack development and on the failure mode of reinforced concrete (RC) beams strengthened with carbon fiber reinforced polymer (CFRP). However, there were few studies on the effects of its shear strength and size effect. A mechanical analysis model for shear failure of reinforced concrete beams strengthened with CFRP was established by using three-dimensional numerical meso-scale simulation method, considering the meso-heterogeneity of the concrete and the interaction between the CFRP and concrete. Based on the verification of the rationality of the meso-scale method, the influence mechanism and law of the shear-span ratio on the shear failure and size effect of CFRP-strengthened RC beams were simulated and analyzed. The results show that: the shear-span ratio has a great influence on the shear failure mode of the strengthened beam, and the larger the shear-span ratio, the closer the beam is to the cable-stayed failure with better ductility. The shear-span ratio had better shear capacity for CFRP-strengthened beams and the influence on the size effect of shear strength was small. The shear-span ratio has a greater influence on the CFRP shear contribution in the strengthened beam. The larger the shear-span ratio, the better the shear effect of CFRP on strengthened beams. The beam reinforcement effect of the shear-span ratio (λ = 2.5) is most effective.Key words: CFRP reinforcement; concrete beam; shear-span ratio; shear strength; size effect收稿日期：2020-01-14；修改日期：2020-06-13基金项目：国家重点研发计划项目 (2018YFC1504302)；国家自然科学基金项目(51822801，51421005)通讯作者：杜修力(1962−)，男，四川人，教授，博士，博导，主要从事地震工程领域研究(E-mail: ****************.cn ).作者简介：金　浏(1985−)，男，江苏人，教授，博士，博导，主要从事混凝土与混凝土结构领域研究工作(E-mail: *******************);夏　海(1994−)，男，河南人，硕士生，主要从事混凝土构件尺寸效应研究(E-mail: *******************);蒋轩昂(1996−)，女，湖南人，博士生，主要从事混凝土尺寸效应方面研究工作(E-mail: *****************).第 38 卷第 3 期Vol.38 No.3工 程 力 学2021年3 月Mar.2021ENGINEERING MECHANICS50剪切破坏是混凝土梁失效模式中最危险的一类，抗剪承载力是衡量钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)梁承载能力的一项重要指标，因此梁的抗剪能力不足时需要进行抗剪加固[1 − 3]。

混凝土单轴抗压强度的尺寸效应数值模拟
毛苏毅
【期刊名称】《科技创新导报》
【年(卷),期】2008(000)005
【摘要】采用离散单元分析方法,用二维梁一颗粒模型BPM(beam-pirticle model)时两种不同尺寸下的混凝土的单轴压缩破坏进行了数值模拟.分析表明,混凝土的抗压强度存在明量的尺寸效应,即随着尺寸的增加,混凝土的强度有所下降.【总页数】2页(P111-112)
【作者】毛苏毅
【作者单位】沈阳建筑大学土木学院,辽宁沈阳,110168
【正文语种】中文
【中图分类】TU37
【相关文献】
1.碾压混凝土单轴抗压强度尺寸效应的数值模拟 [J], 屈彦玲;杜立峰;邢焕兰
2.水泥聚苯模壳格构式混凝土墙体尺寸效应数值模拟 [J], 杨璐;陈虹;刘洋
3.混凝土单轴抗压强度尺寸效应的数值模拟 [J], 应彦玲;秦伟
4.混凝土单轴抗压强度的数值模拟 [J], 宋立峰
5.碾压混凝土单轴抗压强度的数值模拟 [J], 屈彦玲;王楠
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混凝土尺寸效应研究王兵锋;汤国庆;唐腾飞【摘要】尺寸效应是水利工程施工中混凝土结构强度、承载力计算必须考虑的重要因素.文中阐述了混凝土尺寸效应产生机理、现有理论等研究现状,并收集了大量关于混凝土抗压强度尺寸效应的实验成果,发现其混凝土试件尺寸与其抗压强度之间具有较强的相关性,这种相关性可由统一的经验表达式来描述.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2014(036)006【总页数】3页(P12-14)【关键词】混凝土;尺寸效应;抗压强度;相关性【作者】王兵锋;汤国庆;唐腾飞【作者单位】中南勘测设计研究院宜昌设计院,湖北宜昌443002;国电大渡河大岗山水电开发有限公司,成都625401;贵阳勘测设计研究院, 贵阳550000【正文语种】中文【中图分类】TU528.0尺寸效应是指材料的力学性能不再是一个常数，而是随材料几何外形尺寸的变化而变化。

对于土木水利工程施工中常用的混凝土材料而言，其尺寸效应主要表现为:当构件尺寸增大时，强度反而减小，断裂能随之增大。

有关尺寸效应的研究开始于15世纪，由Leonardo da Vinci首先提出，Gonnerman首次将其应用于混凝土材料的研究。

混凝土构件真实强度、承载性、结构耐久性等材料性能与尺寸效应存在一定的关系，在混凝土材料应用研究中，尺寸效应问题成为是一个重要课题。

引起混凝土尺寸效应的因素是多方面的，文中从以下几个方面进行简述［1－3］: (1) 由边界层引起的尺寸效应。

产生边界层的主要原因可分为三类。

第一种类型，是由于浇筑构件时机械振捣等影响，在大骨料与小骨料分布的区域之间产生了与构件尺寸本身无关的边界层。

第二种类型是由不同区域之间的弹塑性差异引起的。

第三种类型是泊松效应。

(2) 由扩散引起与时间相关的尺寸效应。

半干燥期，试件内部不均匀扩散产生残余应力，导致试件发生非弹性应变和开裂。

由于大、小试件的干燥速率不同，其开裂的密度和程度存在差异，引发尺寸效应。

总752期第十八期2021年6月河南科技Journal of Henan Science and Technology混凝土强度尺寸效应综述鲁猛王昊刘泽鹏席君毅（华北水利水电大学土木与交通学院，河南郑州450045）摘要：混凝土强度尺寸效应是当前混凝土在大型结构应用时亟待解决的问题之一。

本文介绍混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、耐久性以及断裂性能随试样高度、直径、形状变化的规律，并对有关混凝土强度尺寸效应研究的进一步发展提出相关建议。

关键词：混凝土；尺寸效应；抗压强度；劈裂抗拉强度中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）18-0095-03Review on Size Effect of Concrete StrengthLU Meng WANG Hao LIU Zepeng XI Junyi（School of Civil Engineering and Communications,North China University of Water Resources and Electric Power，ZhengzhouHenan450045）Abstract:The size effect of concrete strength is one of the urgent problems to be solved when concrete is applied in large-scale structures.This paper introduces the variation of compressive strength,splitting tensile strength,durabili⁃ty and fracture properties of concrete with the height,diameter and shape of samples.Finally,some suggestions are put forward for the further development of the review on the size effect of concrete strength.Keywords:concrete；size effect；compressive strength；splitting tensile strength混凝土尺寸效应是指混凝土性能随其几何尺寸的变化而变化。

浅析混凝土细观力学的研究方法在一般的情况下，根据研究方法与特征尺寸侧重点的不同，将混凝土的内部结构视为细观（meso- level）、宏观（Macro- level）和微观（micro-level）3个层次。

很长一段时间以来，人们对于混凝土的研究主要是集中于在宏观层次展开，对于混凝土构件和材料的损伤以及宏观力学性能的劣化直至破坏全过程的本构关系、机理、计算方法和力学模型都是基于此。

一、基于细观力学的混凝土数值模拟研究方法1、結构仿真分析的思路结构仿真分析需要一些基本的条件，有关材料的物理模型或本构关系，这个一般可以由小尺寸试件的性能试验得到，有效的数值方法，如有限元法、差分法、直接积分法等已经相当的成熟，一般是可以采用的。

丰富的各种视景系统以及丰富的图形显示软件，这方面目前已经相当的丰富，并且发展比较迅速。

2、细观力学基础细观力学是研究材料细观结构对环境因素以及载荷的响应、实效机理、和演化的过程，以及材料宏观力学性能与细观结构的定量关系的一门新兴学科，它是材料科学和固体力学紧密结合的产物。

细观力学将连续介质力学的方法和概念直接的应用到细观的材料构件上，利用多尺度的连续介质力学的方法，引入一些新的内部变量，来说明经过某种统计平均处理的细观特征、微观量的概率分布以及演化。

3、研究方法细观力学将混凝土看作是由硬化水泥胶体、粗骨料以及两者之间的界面粘结带组成的三相非均质的一种复合型的材料。

选择合适的混凝土细观结构模型，在细观层次上划分单元、固化水泥砂浆单、考虑骨料单元以及界面单元材料力学特性的不同，以及简单的破坏准则或者是损伤模型反映单元刚度的退化，利用数值方法来计算模拟混凝土试件的裂缝扩展过程及其破坏形态，这样一般会直观地反映出试件的损伤断裂破坏原理。

二、基于细观力学的混凝土数值模拟研究模型1、随机粒子模型随机粒子模型假定混凝土是由骨料和基质组成的俩种相复合的材料。

在数值模型中，首先需要按照混凝土中实际骨料的粒径分布，在基质中随机地去生成混凝土的非均匀细观结构模型，骨料用一些随机分布刚性的圆形或是球体粒来进行有关的模拟;随后，将混凝土上的两个相（骨料和基质）都划分成三角形的桁架单元，对于位于不同相中的单元赋予相应的材料力学参数，此时每个单元是均匀的等大小的，只能说明一个相。