EPS轻质混凝土的实验研究与数值模拟

摘要

聚苯乙烯泡沫塑料(Expanded Polystyrene,简称EPS)是一种轻质材料,并具有良好的耐水性、绝热性、绝缘性、低吸湿性、较强的抗震性等特点。以EPS颗粒部分或全部取代混凝土中的砂、石,可配制不同密度和强度的混凝土。EPS混凝土具有保温隔热和隔震、减震、大变形及超轻等工程特性,受到建筑行业关注。因此,EPS混凝土结构材料的开发与性能研究及其工程应用探讨,不仅在建筑领域,而且在减轻环境污染和固体废弃物回收利用方面,均具有十分重要的科技和社会效益。迄今为止,国内外的学者已经研制出一些强度较高的EPS轻质混凝土。本文在总结国内外既有成果的基础上,采用了实验和数值分析的方法开展相关研究工作,主要内容包括：(1)以经典堆积理论为基础,通过自编程序计算比较了几种堆积模型,分析了它们的适用范围,并以此作为EPS混凝土配合比设计的依据。(2)测试了EPS混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度和收缩等力学性能指标,给出了EPS混凝土的极限抗压强度与EPS颗粒体积率及颗粒级配的函数表达式。测试了不同EPS掺量下的EPS混凝土的应力-应变曲线,并进行了总结分析。(3)测试了超声波在不同EPS体积掺量的EPS混凝土中的传播速度,并与现有两相介质波速公式进行了比较分析。测试了EPS混凝土立方体试块在受压过程中的超声波速变化,由此考察了EPS混凝土受压破坏的过程。(4)利用蒙特卡罗随机模拟方法、Weibull随机分布理论,提出了随机EPS颗粒混凝土模型的生成方法,并通过MATLAB程序和APDL二次开发语言模拟了EPS混凝土的随机颗粒模型和随机力学参数模型,并利用双折线损伤本构关系对EPS混凝土进行了模拟,分析了EPS混凝土的破坏过程。本文研究受国家自然科学基金资助(No.50708059)。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 EPS 混凝土实验研究现状

1.3 混凝土细观模拟介绍

1.4 本文的研究工作

1.5 参考文献

第二章 EPS 混凝土实验设计研究

2.1 几种堆积模型

2.2 Westman-Hugill 模型与Aim-Goff 模型的比较

2.3 本章小结

2.4 参考文献

第三章 EPS 混凝土性能实验

3.1 材料性能及配合比

3.2 试样制作与养护

3.3 实验与结果分析

3.4 本章小结

3.5 参考文献

第四章 EPS 混凝土细观模拟

4.0 混凝土细观力学研究方法简介

4.1 随机EPS 颗粒模型生成方法

4.2 网格划分

4.3 随机力学参数生成

4.4 损伤力学基本理论

4.5 损伤本构模型

4.6 本文的损伤本构模型

4.7 模拟计算结果分析

4.8 本章小结

4.9 参考文献

第五章 结论与建议

5.1 本文研究成果

5.2 存在的问题及进一步的工作建议

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致谢

上海交通大学硕士学位论文答辩决议书