基于黏结裂缝模型的混凝土细观损伤模拟

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1、2017年第8期（总第334期）混凝土理论研究Number8in2017（TotalNo.334）ConcreteTHEORETICALRESEARCHdoi：10.3969/j.issn.1002-3550.2017.08.006基于黏结裂缝模型的混凝土细观损伤模拟刘永平，郝志明，李潘（中国工程物理研究院总体工程研究所，四川绵阳621900）摘要：将混凝土视作由骨料、砂浆和交界面层（ITZ）构成，采用黏结特性描述材料界面间的相互作用，建立了混凝土细观黏结裂缝有限元模型。定义混凝土的微裂纹密度和裂纹聚合程度两种损伤度量参数，描述微裂纹的起裂、生长

2、与相互连接汇合乃至试样失效过程。通过对10个试样的拉伸模拟发现了单主裂纹和双主裂纹两种失效模式。对试样平均应力、微裂纹密度和裂纹聚合程度与应变之间关系的分析表明，混凝土在损伤失效过程中存在明显的微裂纹成核区与裂纹聚合区。微裂纹成核造成的初期损伤具有随机性与全场性，导致试样在峰值应力前出现非线性。裂纹聚合造成的后期损伤具有局部化特征，是导致峰值应力后软化的直接原因，并且裂纹聚合程度损伤变量能够反映不同拉伸失效模式的软化特性。关键词：损伤；混凝土；细观，有限单元；黏结界面；微裂纹中图分类号：TU528.01文献标志码：A文章编号：1002-3550（

3、2017）08-0022-05Numericalsimulationofmeso-scaledamageofconcretebasedonthecohesivecrackmodelLIUYongping，HAOZhiming，LIPan（InstituteofSystemsEngineering，ChinaAcademyofEngineeringPhysics，Mianyang621900，China）Abstract:Acohesivecrackmodelofmeso-scaleconcretestructureisestablished，wh

4、ichincludestheaggregateparticles，mortarandtheinterfacialtransitionzones（ITZ），andtheinterfaceisdescribedwithcohesiveproperty.Byusingcohesiveelements，theinitiation，growth，andcoalescenceofmicrocracksaretrackedthroughoutthesimulation，andtwodamageparametersmicrocrackdensityandcrac

5、kcoalescencearedefinedtorepresentthedamagelevelofconcrete.Basedonthesimulationof10specimens，twofailuremodesareobserved，asinglemaincrackmodeanddoublemaincracksmode.Therelationshipofaveragestress，microcrackdensityandcrackcoalescencewithstrainindicatestherehasmicrocrackinitiatio

6、nzoneandcrackcoalescencezoneduringdamageprogress.Theinitialdamageleadbymicrocrackinitiationisrandomandglobal，whichalsocausenonlinearityofstress-displacementresponsesbeforepeakstress.Thelaterdamagecausedbycrackcoalescenceshowsobviouslocalization，anditisalsothemainreasonleadsto

7、post-peaksofteningresponses.Meanwhilethedefineddamagevariablebasedoncrackcoalescencecanreflectthedifferentsofteningpropertiesoftwofailuremodes.Keywords:damage；concrete；meso-scale；finiteelements；cohesiveinterface；microcracks结构（裂纹、空洞）组成的系统，构件的宏观力学行为被视0引言为内部细观结构非线性演化的集体行为[5-7]。混

8、凝土类准脆混凝土广泛应用于建筑结构中，桥梁、高层建筑的垮性材料内部微裂纹是损伤基元[8]，通过定义微裂纹体系的塌往往是由于关键性结构件损