基于数值模拟研究骨料对混凝土应变场的影响

摘要

粗骨料作为混凝土的重要原料，混凝土的力学性能很大程度上受其强度、弹性模量、颗粒形状、粒径大小以及用量等的影响。在工程设计和检测中，通常将混凝土视作均匀材料，取其一定标距范围的平均应变作为混凝土的应变。本文的主要目的是分析粗骨料状况对混凝土表面应变场测量结果的影响，并寻找到适合混凝土平均应变测量的标距，得出该标距和骨料最大粒径之间的关系。
　　 首先，将混凝土视作由粗骨料、水泥砂浆及界面组成的三相复合材料，采用Fortran语言编程，确定骨料的位置后模拟了二维圆形骨料的随机分布，随后提出界面模拟和有限元网格划分的方法，建立了混凝土随机骨料模型；接着，运用Ansys有限元软件对混凝土数值模型进行分析，计算了单轴抗压时，各细观结构特性参数（骨料面积百分数、骨料最大粒径、界面弹性模量和界面厚度）变化时混凝土的表面应变，结果表明不同的骨料面积百分比及骨料最大粒径等将对混凝土表面应变产生较大影响；然后，结合散斑相关试验进行混凝土单轴抗压的应变测量分析，指出用于混凝土应变测量的合适的标距，定量分析了小于该标距时试件表面不同位置的平均应变，数值模拟和数字散斑相关试验得出了较为一致的结论。最后，对全文中得到的主要结论进行了归纳，并对文中后续研究工作进行了展望。