基于进化算法的三点弯曲梁混凝土软化本构关系研究

摘要

本文根据国家自然科学基金(50409005)项目中三峡大坝混凝土基本力学性能试验及断裂性能试验资料：混凝土三点弯曲切口梁断裂试验的荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)试验曲线，建立基于简便的三点弯曲切口梁断裂试验确定混凝土软化曲线的逆分析求解过程。该方法基于虚拟裂纹模型，假定混凝土张拉软化关系为三线性，采用有限单元法，创新性地引入进化算法，使模拟的P-CMOD曲线与三点弯曲切口梁断裂试验获得的试验曲线吻合来确定相应的断裂参数。同时开发改进相应的逆分析计算程序，其优势在于高效、精确以及简便的可视化操作界面。
　　 分析逆推获得的大坝及其湿筛混凝土软化曲线得出结论如下：
　　 (1)比较基于断裂功方法和逆分析方法确定的混凝土断裂能结果，发现两者吻合较好。
　　 (2)研究试件尺寸对混凝土断裂参数(GF、wc、ft)的影响得出如下结论：①逆分析获得的混凝土断裂能GF存在尺寸效应，即GF随着梁高的增加而增加，之后趋于稳定。②对于小骨料试件组，逆分析获得的最大粘聚裂纹宽度wc存在尺寸效应，即wc随着梁高的增加而增加，之后不再增加。而对于大骨料试件组，该尺寸效应不明显③逆分析获得的抗拉强度ft几乎不存在尺寸效应。对于小骨料试件，抗拉强度ft随着梁高变化有递减趋势；而从本研究的试验结果来看，大骨料试件组的抗拉强度ft趋于定值。
　　 (3)随着混凝土最大骨料粒径的增大，断裂能GF和抗拉强度ft均表现出先增大后下降的趋势。而最大粘聚裂纹宽度wc随着骨料粒径的增大逐渐增大，未出现下降的现象。
　　 (4)混凝土的抗拉强度ft随混凝土抗压强度fc的增大而略有降低；混凝土抗压强度fc从32.1MPa增大到38.6MPa时，断裂能GF下降，而抗压强度fc从38.6MPa增大到55.4MPa时，断裂能GF趋于平稳。
　　 (5)全级配大坝混凝土试件的抗拉强度ft都小于对应的湿筛混凝土的抗拉强度ft，且随试件尺寸的增大，两者之间的差异呈增大后趋于稳定的趋势。全级配大坝混凝土的断裂能GF均比对应湿筛混凝土的大，且随试件尺寸的增大，两者的差异呈增大后趋于稳定的趋势。