模拟混凝土破坏过程的微裂纹模型及其应用-东南大学学报.PDF

第４３卷第５期 东南大学学报（自然科 学版 ） Ｖｏｌ．４３Ｎｏ．５ 　 ２０１３年９月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） 　 Ｓｅｐｔ．２０１３ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１３．０５．０２２ 模拟混凝土破坏过程的微裂纹模型及其应用 吴佰建　 李兆霞　 郭　力 （东南大学土木工程学院，南京２１００９６） 摘要：提出了一种适用于定量模拟混凝土材料的微细观裂纹数值模型．该模型可用于模拟和分 析材料破坏的全过程，包括砂浆／粗骨料界面上初始微裂纹的扩展、微裂纹的聚合、宏观主裂纹的 形成与扩展及最终破裂的全过程．作为分析实例，对４组不同配比的１６种混凝土拉伸试样进行 了破坏过程仿真分析．结果表明，利用该数值模型可揭示混凝土常见的拉伸破坏模式与机理；骨 料体积增加时，混凝土的延展性有增大趋势，强度则呈现减小趋势，这与已有文献中混凝土拉 伸实验结果相符．该数值模型直接从失效机理出发，建立了定量描述含微细观裂纹的准脆性材料 破坏过程的新方法，可望为该类材料／结构的失效控制或安全设计提供参考． 关键词：准脆性材料；混凝土；数值模型；微细观裂纹；裂纹聚合 中图分类号：Ｏ３４６．１　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００１－０５０５（２０１３）０５１０３４０５ Ｍｉｃｒｏｃｒａｃｋｍｏｄｅｌｆｏｒｃｏｎｃｒｅｔｅｒｕｐｔｕｒｅｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ＷｕＢａｉｊｉａｎ　 ＬｉＺｈａｏｘｉａ　 ＧｕｏＬｉ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｍｅｓｏｓｃａｌｅｍｕｌｔｉｐｌｅｃｒａｃｋｍｏｄｅｌｆｏｒｍｏｄｅｌｉｎｇｃｏｎｃｒｅｔｅｒｕｐｔｕｒｅｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｉｓｍｏｄｅｌ ｃａｎｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｗｈｏｌｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｒｕｐｔｕｒｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｇｒｏｗｔｈｏｆｉｎｉｔｉａｌｃｒａｃｋｓｏｎｍｏｒｔａｒ／ ａｇｇｒｅｇａｔｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅｏｆｃｒａｃｋｓ，ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｇｒｏｗｔｈｏｆｍａｃｒｏｃｒａｃｋｓ，ａｎｄｔｈｅｆｉｎａｌ ｃｏｎｃｒｅｔｅｒｕｐｔｕｒｅ．Ａｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，１６ｓｐｅｃｉｍｅｎｓｆｏｒ４ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｃｒｅｔｅｍｉｘｅｓａｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄａｎｄｃａｌ ｃｕｌａｔｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｃａｎｂｅｕｓｅｄｆｏｒｒｅｖｅａｌｉｎｇｃｏｍｍｏｎｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ．ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆａｇｇｒｅｇａｔｅｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｃｏｎｃｒｅｔｅｄｕｃｔｉｌｉｔｙ，ｗｈｉｌｅａｔｔｈｅ ｓａｍｅｔｉｍｅ，ｌｏｗｅｒｉｔｓｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｗｈｉｃｈｃｏｉｎｃｉｄｅｓｗｉｔｈｅｘｉｓｔｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｐｒｏ ｖｉｄｅｓａｎｅｗａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙｍｏｄｅｌｉｎｇｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｑｕａｓｉｂｒｉｔｔｌｅｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｓｉｎｃｅｉｔ ｉｓｄｉｒｅｃｔｌｙｆｒｏｍｔｈｅａｃｔｕａｌｐｈｙｓｉｃｓｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｒｕｐｔｕｒｅｓ，ｈｏｐｅｆｕｌｌｙｔｈｉｓｍｏｄｅｌｃａｎｂｅｕｔｉｌｉｚｅｄａｓａｎｅｆ ｆｅｃｔｉｖｅｔｏｏｌｆｏｒｆａｉｌｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｓａｆｅｔｙｄｅｓｉｇｎｏｎｃｏｎｃｒｅｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ／ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｑｕａｓｉｂｒｉｔｔｌｅｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌ；ｍｉｃｒｏｃｒａｃｋｓ；ｃｒａｃｋｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ 　　混凝土材料先天性含有大量微观缺陷，在外力