【摘 要】
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作为一种非均质多相复合材料,混凝土的细观结构影响着其宏观力学性能,尤其是粗骨料和砂浆之间的界面过渡区,被认为是混凝土中最为薄弱的区域,界面过渡区的性质在一定程度上决定了混凝土的力学特性。在进行混凝土破坏方式的细观模拟时,通常认为是在外荷载的作用下,裂缝沿着界面过渡区延伸扩展的结果,不考虑粗骨料的破碎,即将粗骨料视为刚体。然而,受粗骨料的湿化、母岩性质及其形态影响,对混凝土试件进行单轴压缩试验时,发
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作为一种非均质多相复合材料,混凝土的细观结构影响着其宏观力学性能,尤其是粗骨料和砂浆之间的界面过渡区,被认为是混凝土中最为薄弱的区域,界面过渡区的性质在一定程度上决定了混凝土的力学特性。在进行混凝土破坏方式的细观模拟时,通常认为是在外荷载的作用下,裂缝沿着界面过渡区延伸扩展的结果,不考虑粗骨料的破碎,即将粗骨料视为刚体。然而,受粗骨料的湿化、母岩性质及其形态影响,对混凝土试件进行单轴压缩试验时,发现有部分粗骨料发生破碎,且有主裂缝穿过粗骨料的现象。因此,考虑粗骨料的破碎对进一步探究混凝土的真实力学特性具有重要意义。本文基于离散元软件EDEM,建立粗骨料~砂浆的两相离散模型,利用粘结颗粒模型(Bonded-particle model,简称BPM)模拟粗骨料和砂浆之间的力学特性,使用应用程序接口文件(Application Programming Interface,简称API)对粗骨料进行替换,从细观层次探究粗骨料破碎对混凝土变形和破坏特性的影响。具体研究内容如下:(1)基于BPM模型,使用颗粒单元构建混凝土的单轴压缩离散元模型。编译API文件,用小颗粒团聚体替换粗骨料颗粒,从而达到模拟粗骨料破碎的效果。砂浆颗粒与砂浆颗粒、砂浆颗粒与粗骨料颗粒间均含有粘结键,通过模拟混凝土的单轴压缩试验对粘结键的参数进行标定。(2)选取母岩为石灰岩的单个粗骨料进行单轴压缩试验,标定小颗粒团聚体的细观参数。同时,研究发现了加载方向和形状特性对粗骨料破碎力和破碎方式的影响规律。(3)考虑粗骨料的破碎,利用EDEM软件模拟C30混凝土的单轴压缩试验,发现粗骨料破碎对混凝土的应力-应变曲线、抗压强度及最终破坏模式有着明显的影响。离散元数值模拟结果表明,粗骨料的破碎会改变混凝土试件的抗压强度和破坏模式,即主裂缝会穿过粗骨料进行延伸扩展。考虑粗骨料破碎的细观模拟有助于进一步探究混凝土的力学特性。
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