基面力元法在再生混凝土取代率中的应用和尺寸效应分析

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再生混凝土材料在细观层次的研究受到大量学者的关注。文章以基面力元法为理论基础,从细观层面上,对再生混凝土材料进行细观损伤分析。本文选取了再生骨料取代率和尺寸效应两方面内容进行研究,探究了不同取代率下再生混凝土在拉、压状态下的力学性能变化;探究在低应变率下再生混凝土材料在不同取代率下力学性能变化;最后,应用Ba(z)ant尺寸效应理论对再生混凝土材料进行分析,并对尺寸效应公式进行修正,提出适用于动力荷载作用下的再生混凝土尺寸效应公式。本文研究工作的主要内容为:
  1.介绍了“基面力”理论推导过程,给出了基于最小势能原理的刚度矩阵的推导过程,阐述了动力基面力平衡方程建立的过程。
  2.在三角形基面力元非线性分析程序的基础上,基于再生混凝土材料的五相介质的假设,对各相介质进行赋值,对骨料进行投放,建立不同取代率下再生混凝土材料随机圆骨料细观模型。
  3.对不同取代率下(0%、30%、50%、70%、100%)的再生混凝土试件进行静力受压以及静力受拉加载,得到各个工况下再生混凝土试件应力-应变全曲线、破坏过程图。并与试验作对比,数值模拟结果较好。
  4.对建立的随机圆骨料模型进行低应变率下加载,并绘制应力与应变全曲线关系图,研究4种应变率(10-5s-1、10-4s-1、10-3s-1、10-2s-1)以及5种取代率下的试件的单轴压缩强度以及破坏过程。分析不同应变率以及各个取代率下的强度、峰值应变、弹性模量的变化,并且针对不同力学参数的动力放大系数与CEB规范公式计算结果以及实验数据进行比较,表明数值模拟结果较为可靠。
  5.运用动力损伤基面力元法,建立不同尺寸(b=100mm、150mm、300mm、450mm、500mm)的细观模型,在不同应变率下(10-5s-1、10-2s-1、10-1s-1、1s-1、3s-1、10s-1、50s-1、100s-1、200s-1)对再生混凝土试件进行加载,并对试件的破坏全过程进行分析,得到试件破坏过程中的形态变化。将数值模拟结果与Ba(z)nt尺寸效应理论比较,再生混凝土材料在静力荷载作用下可以采用Ba(z)ant尺寸效应理论分析试件的尺寸效应;对Ba(z)ant静态尺寸效应公式进行修正,给出了动力荷载作用下的尺寸效应公式。
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