基于细观数值模拟的混凝土断裂过程区特性研究

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1、2016年第4期(总第318期)Number4in2016(TotalNo．318)混凝土Concrete理论研究T脏ORElrICALRESEARCHdoi：10．3969／j．issn．1002-3550．2016．04．003基于细观数值模拟的混凝土断裂过程区特性研究卿龙邦1。姜军1，周明杰1。王娟2。吴礼华3(1．河北工业大学土木工程学院，天津300401；2．郑州大学水利与环境学院，河南郑州450001；3．中国建筑科学研究院，北京100013)摘要：基于细观数值模拟方法研究了混凝土裂缝尖端断裂

2、过程区特性。采用多尺度方法对不同尺寸的三点弯曲梁试件进行建模，并利用非局部损伤模型模拟了断裂过程区的演变过程。结合现有试验对数值计算方法进行了验证。研究表明：基于数值模拟方法得到的荷载一裂缝121张开位移曲线与试验结果吻合较好。峰值荷载时刻对应的临界断裂过程区长度随着试件高度的增加而逐渐增加，临界损伤区域面积亦相应增加，临界断裂过程区长度与试件高度的比值随试件高度的增加趋于稳定。关键词：混凝土；细观数值模拟；断裂过程区；多尺度；非局部损伤中图分类号：TU528．01文献标志码：A文章编号：1002—355

3、0(2016)04—0009—04Calculationthepropenlesoffractureprocesszoneonmeao—scaleInconcrete唧Longbang1，JIANGJun‘，ZHOUMingjie1，WANGJuan2，wULihua3(1．CollegeofCivilEngineering，HebeiUniversityofTechnology，Tianjin300401，China；2．CollegeofWaterConservancyandEnvironmentEn

4、gineering，ZhengzhouUniverSity，Zhengzhou450001，China；3．ChineseAcademyofArchitecturalSciences，Beijing100013，China)Abst怕et：Basedonthemethodofmeso—scalenumericalsimulation，thepropertiesofconcretefractureprocesszonebeforethecracktipwasstudied．Themultiplescales

5、methodwasusedtOmodelthethreepointbendingbeamwithdifferentsizesandtheton—localdamagemodelWaSusedtOsimulatetheevolutionofthefractureprocesszone．Theeffectivenessofthismethodwasverifiedbycompa·ringwiththeexistingtest．Theresultsshowthattheload—crackmouthopenin

6、gdisplacementcurvesobtainedbythenumericalcalcula—tionmethodfitswellwiththatfromexperimentmethod．Atthemomentofpeal(10ad，thecriticalfractureprocesszonelengthandthecriticaldamageregionincreasesalongwiththeincreaseofthespecimenheightandtheratioofthefracturepr

7、ocesszonelengthandthespecimenheighttendstobestablealongwiththeincreaseofthespecimenheight．KayWOrds：concrete；meso—scalenumericalsimulation；fractureprocesszone；multiplescales；nonlocaldamage0引言混凝土断裂产生非线性的原因在于裂缝尖端存在一段微裂缝区，即断裂过程区⋯。目前，对于混凝土试件断裂过程区特性的研究多偏重于从宏观角度

8、出发，而忽略了混凝土内部的细观构造口。J。在细观层面上，混凝土可以看作是由砂浆、骨料以及两者之间的黏结面组成的三相非匀质材料。这种非均质的构造决定了混凝土材料宏观力学行为的非线性一’。从细观角度出发，国内外的多位学者对断裂过程区的特性都做过相应的研究。如Skarzynski等bo运用有限元软件ansys研究了标准混凝土三点弯曲梁的断裂过程区特性，模型分别考虑了最大骨料粒径、骨料含量、骨料形状以及单元尺寸等因素对断裂过程区特性的