混凝土強(qiáng)度尺寸效應(yīng)的細(xì)觀結(jié)構(gòu)方法

應(yīng)用細(xì)觀結(jié)構(gòu)方法分析混凝土骨料密度和尺寸的分布特征、確定邊界層厚度、計算斷裂面的分形維數(shù)。應(yīng)用非局部力學(xué)理論確定軟化區(qū)的寬度和有效裂縫長度。把混凝土名義強(qiáng)度表示成試件尺寸和細(xì)觀尺寸的函數(shù)。將該公式與混土試驗結(jié)果進(jìn)行比較而得到一般規(guī)律。該項研究為澄清混凝土的基本力學(xué)特性及大體積混凝學(xué)設(shè)計具有重要的理論意義和應(yīng)用價值. 2100433B

在混凝土細(xì)觀隨機(jī)結(jié)構(gòu)實驗觀測的基礎(chǔ)上，深入研究混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)的組成特點，建立合理的混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)的描述方法；在此基礎(chǔ)上，基于固體計算力學(xué)最新發(fā)展的細(xì)觀模擬方法，精細(xì)模擬混凝土細(xì)觀裂縫群的產(chǎn)生和發(fā)展過程，研究混凝土細(xì)觀應(yīng)力隨機(jī)重分布規(guī)律；基于多尺度理論，選取合適的狀態(tài)變量作為尺度間的橋梁，從細(xì)觀數(shù)值模擬結(jié)果出發(fā)求解宏觀損傷隨機(jī)演化規(guī)律，并與多維連續(xù)損傷模型相結(jié)合，構(gòu)成多尺度隨機(jī)損傷模型的完整體系；采用所建立的多尺度隨機(jī)損傷模型模擬混凝土結(jié)構(gòu)的全過程非線性行為，有針對性地探索尺寸效應(yīng)等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)非線性分析難以處理的問題，為結(jié)構(gòu)非線性分析與設(shè)計提供理論工具與技術(shù)支持。

混凝土的細(xì)微觀結(jié)構(gòu)對材料的宏觀損傷演化有著顯著的影響，而混凝土材料損傷的產(chǎn)生和發(fā)展是結(jié)構(gòu)發(fā)生動力災(zāi)變的根本原因之一。本項目研究從混凝土的微-納觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，采用現(xiàn)代試驗技術(shù)測試了混凝土微-納觀結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)?；陔S機(jī)場理論，對混凝土的微-納觀試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的解構(gòu)和分析，提取了混凝土細(xì)觀隨機(jī)結(jié)構(gòu)的分布和相關(guān)特性，進(jìn)而為基于隨機(jī)諧和函數(shù)方法進(jìn)行混凝土細(xì)觀斷裂隨機(jī)場的建模提供了控制參數(shù)取值。引入內(nèi)聚單元方法對混凝土細(xì)觀斷裂隨機(jī)場進(jìn)行離散，對混凝土的細(xì)觀力學(xué)行為進(jìn)行了精細(xì)的數(shù)值模擬。進(jìn)而基于多尺度理論，提出了多尺度能量積分，基于混凝土細(xì)觀數(shù)值模擬結(jié)果得到宏觀損傷演化，研究了宏觀損傷演化與單元體幾何尺度的依賴性，發(fā)展了數(shù)值尺寸效應(yīng)的概念。最后，利用基于細(xì)觀分析結(jié)果得到的多尺度損傷演化規(guī)律進(jìn)行結(jié)構(gòu)的宏觀動力災(zāi)變模擬。特別研究了蘇州中南中心等超高層結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下的非線性行為和倒塌全過程。通過本項目研究，混凝土多尺度損傷理論已經(jīng)基本成型，并且在結(jié)構(gòu)分析和模擬中取得了應(yīng)用。 2100433B

本研究以試驗方法為主，數(shù)值方法為輔，對不同脆性的混凝土強(qiáng)度尺寸效應(yīng)進(jìn)行研究，著重研究脆性改善對混凝土強(qiáng)度，特別是在較大尺度上對混凝土實際承載能力的提高作用。試驗證實了脆性對混凝土強(qiáng)度尺寸效應(yīng)的影響，表明脆性實際上也影響混凝土的承載能力，試驗和數(shù)值計算結(jié)果還表明，聚合物混凝土和鋼纖維混凝土因為改善混凝土的脆性，因此在使用尺度上是有利于承載能力提高。研究還揭示，混凝土強(qiáng)度與斷裂韌性尺寸效應(yīng)兩者間存在一定關(guān)系，因此可由強(qiáng)度尺寸效應(yīng)來得到真實斷裂韌性；不同荷載狀態(tài)下，因為破壞時能量耗散的程度不同，因此尺寸效應(yīng)規(guī)律也不同。本研究結(jié)果對高強(qiáng)和超高強(qiáng)混凝土的研究與應(yīng)用有一定的參考意義。 2100433B