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在现代土木建筑日益趋向高层和超高层化及大跨和超大跨化得今天,普通混凝土强度/质量比小的弊端越来越突出,主要解决途径之一就是混凝土的高强化与超高强化,在高性能混凝土的发展的影响下,高强混凝土在应用过程中加入了矿物掺合料和高效减水剂,解决了耐久性问题,其应用范围越来越大,高强混凝土尺寸效应的研究越来越紧迫。
混凝土强度尺寸效应是指强度的名义强度随着试件尺寸的变化而变化的现象。在过去的十几年里,研究人员进行了大量与普通混凝土尺寸效应有关的试验,同时有关普通混凝土的数值模拟的研究也取得了一些进展。在高性能混凝土方面,虽然研究者对高性能混凝土尺寸效应的试验做出了大量工作,并且出现了高强混凝土的数值模拟,但有关高强混凝土尺寸效应的数值模拟研究却很少。
本文的研究以ATENA为平台,利用了其中的微平面模型,该模型基于裂纹带思想,同时与Bazant微平面模型M4相结合,即等效局部单元法。微平面模型的本构关系用任意空间方向平面上的应力和应变分量表示本构关系,通过投影关系建立了微元体的宏观应变张量和其各个微平面上的微观应变分量之间的关系;然后在各微平面上的微观应变分量和微观应力分量之间建立非线性的应力应变关系;通过虚功原理建立这些微观应力分量和宏观应力张量之间的关系,得到宏观应力张量。该方法的优点在于概念明确,能对各向异性和不均质材料进行直接建模。ATENA中的微平面模型由于融合了裂纹带思想,不仅具有微平面模型的各种优点,而且有效避免了模拟结果对网格尺寸的依赖。
本文利用ATENA中的微平模型M4,结合高强混凝土的特点,通过调整微平面参数值,模拟了高强混凝土棱柱体受压试验。结果表明,参数调整后的微平面模型能够模拟高强混凝土棱柱体受压试验;并研究了试件尺寸对高强混凝土的受压,直接拉伸,劈裂拉伸模拟结果的影响;结果表明,名义强度随着试件尺寸的增大而减小,最后模拟了三点弯曲切口梁与无切口梁的受弯试验,结果表明尺寸不同的试件名义强度表现出明显的尺寸效应,三点弯曲切口梁模拟结果与实验结果基本吻合。