粗集料形状对纤维混凝土力学性能影响的数值模拟.pdf

2 0 1 5年 第 1 2期 (总 第 3 1 4 期) N u mb e r 1 2 i n 2 0 1 5( T o t a l N o 3 1 4) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 1 2 0 2 5 粗集料形状对纤维混凝 土力学性 能影 响的数值 模拟 叶丹燕 ，王浩 ， 王帅 ， 何锐。 ( 1 衢州市交通设计有限公司， 浙江 衢州 3 2 4 0 0 0 ； 2 长安大学 材料科学与工程学院， 陕西 西安 7 1 0 0 6 1 ) 摘要： 基于统计理论和 Mo n t e C a r l o 随机抽样原理 ， 分别建立了纤维混凝土随机圆形 、 椭圆形和凸多边形骨料细观模型， 提出 并验证了纤维混凝土细观模型力学性能数值模拟试验方法 ， 并针对不同粗集料形状的纤维混凝土细观模型进行了抗压和抗弯拉 强度数值模拟试验。 结果表明， 数值模拟试验与试验室试验得到的抗压和抗弯强度的平均值误差分别为 6 5 、 4 8 ， 峰值误差分 别为 1 0 7 、 1 5 6 ， 基于建立的细观模型进行力学性能数值模拟试验是准确合理的； 纤维混凝土抗压强度随粗集料表面积的增 大呈微弱降低的趋势， 粗集料形状对试件的最终受压破坏形态有显著影响 ； 三种粗集料形状的纤维混凝土受弯拉破坏形态都出 现了多缝开裂现象 ， 粗集料形状对抗弯拉强度没有明显影响。 关键词 ： 纤维混凝土； 粗集料形状； 力学性能； 破坏形态 ； 数值模拟 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 1 ：史献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 1 2 0 0 9 7 0 5 Nu me r i c a l s i m u la t i o n o n me c h a n i c a l p r o p e r t y e ff e c t o f f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e b y t h e s h a p e o f c o a r s e a g g r e g a t e YE Da n y a n ， WANG Ha o ， WANG S hu a i ， HE Ru i I= 1 Qu z h o u T r a n s p o r t a t i o n De s i g n Co ， L t d ， Qu z h o u 3 2 4 0 0 0， C h i n a ； 2 S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e ri n g ， C h a n g a n U n i v e r s i t y ， x i Ia n 7 1 0 0 6 1 ， C h i n a ) Ab st r a ct ： Ra n d o m c i r c u l a r ， o v a l a n d c o n v e x p o l y g o n a g g r e ga t e me s o s c o p i c s t r uc t ur e mo de l o f fibe r r e i n f o r c e d c o n c r e t e we r e e s t a b l i s h e d o n t h e b a s i s o f s t a t i s t i c a l t h e o r y a n d M o n t e Carl o r a nd o m s a m p l i ng p rin c i p l e s Te s t me t h od s f o r the nu me ric a l s i mu l a t i o n wa s p r o p os e d a n d v a l i d a t e d ba s e d o n t h e m e c h a n i c a l p r o pe rti e s o f fib e r r e i n f o r c e d c o nc r e t e m e s os c o p i c m o d e 1 Th e n u m e ric a l s i mu l a t i o n wa s s i mu l a t e d for the c o mp r e s s i v e a n d fle x u r a l s e ng th ba s e d o n the me s os c o p i c mo de l o f fib e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o ars e a g g r e ga t e i n d i f - f e r e n t s h a p e s Th e r e s u l t s s h o w tha t the m e a n e r r o r o f the c o m p r e s s i v e a n d f l e x ur a l s e n g th b e t we e n n u me ric a l s i m u l a t i o n a n d l a b o r a t o r y t e s t s i s 6 5 a n d 4 8 an d the p e a k e r r o r i s 1 0 7 and 1 5 6 The n u me ric a l s i mu l a tio n e x p e rime n t o f me c h an i c s pe rfo r man c e b a s e d o n t h e ma t h e ma t i c a l mo d e l s i s a c c u r a t e a nd r e a s on a bl e Fi b e r c o n c r e t e c o mp r e s s i v e s e n g th i s we a k d e c r e a s i n g nle n d wi t h an i n c r e a s e i n the s u r f a c e a r e a o f t h e c o a r s e a g g r e ga t e，c o ars e a g gre g a t e s h a p e h a s a s i g ni fic a n t i n f l u e nc e o n t h e fin a l c o mp r e s s i o n s p e c i me n f a i l u r e mo d e s Fl e x ur a l t e ns i l e f a i l u r e mod e s of t hr e e fib e r c o n c r e t e c o ars e a g g r e g a t e s h a pe we r e t e s t e d m u l t i pl e c r a c ki n g p h e n o m e no n， c o ars e a g g r e g a t e s h a pe ha s n o s i g n i fic a nt e f f e c t o n the fle x u r a l s t r e n g t h Ke y wor ds： fib e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e； s h a pe o f c o ars e a g g r e ga t e； me c ha n i c a l p r o p e r t y； f a i l u r e c hara c t e r i s tic； n u me ric a l s i mu l a t i o n 0 引 言 纤维混凝土本身具有多相结构的特点 ， 影 响其性能的 因素主要分为复合材料各 相组 分 的材料性能 和复合材料 内部 的细观结构特征 ( 包括增强相的形状 、 种类 、 几何尺寸 及在基体中的分布) 两类 。 其 中粗集料在纤维混凝土 中起 骨架和填充作用 ， 是纤维 混凝 土的重要组成部分 。 在实际 7 昆 凝土结构 中， 粗集料一 般 占混凝土体 积 的 5 0 左右 ， 而 且粗集料颗粒的形状 、 大小、 性质 、 级配及在混凝土 中的分 布情况等都对混凝土的力学行为有着显著的影响 。 沈卫 国等制备出了一种粗集料 能够充分接触并有效 嵌锁的高 性能混凝土 ， 粗集料 的体 积分数达到 了 5 9 以上 ， 在混凝 土中可充分发挥强度骨架作用 ； 沈嫣秋 等研究 了粗骨料 对不同强度等级混凝土力学性能的影 响， 发现粗集料对低 强度等级混凝土的影响不明显， 但对高强混凝土的力学性 能有较大影响 ； S t o c k等研究发现粗集料对混凝土强度 影响与粗集料的形状有重要关系 。 混凝土细观结构的差异和不均匀性取决 于骨料尺寸、 形状及其级配等因素 ， 而 目前的研究 主要是通过大量的试 验手段 获得粗集料力学性质及分 布形态对纤维混凝土 的 强度影响的规 律性认 识 ， 试验 研究受 人 为等 因素 影响较 大， 且影响因素存 在交叉作用 ， 因此有必要 通过数值模拟 分析粗集料单一因素对纤维混凝土力 学性能 的影响 。 为了揭示纤维混凝土细观特征对其宏 观力学性能的影响 ， 本研究基于细观力学理论 ， 利用纤维混凝土细观模型分析 了粗集料 的形状对纤维混凝土力学性能的影响。 收稿 日期： 2 0 1 5 0 1 1 9 基 金项 目： 中国博士后科学基金项 目( 2 0 1 4 M 5 5 2 3 9 7) ； 长安大学 中央高校基本科研业 务费专项 资金资助 ( 2 0 1 4 G1 3 1 1 0 8 1 ) ； 浙江省 交通运输厅科 研 计划项 目( 2 0 1 4 H 3 8 ) 97 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m