拉强度及其尺寸效应的细观数值研究
混凝土拉,压剪强度尺寸效应研究
混凝土拉,压剪强度尺寸效应研究
1引言
混凝土作为一种广泛使用的建筑材料，在研究其力学性能时常常会遇到尺寸效应的问题。
其中，拉、压剪强度是衡量混凝土强度的主要指标之一。
本文将对混凝土拉、压剪强度尺寸效应进行探讨。
2拉强度尺寸效应研究
拉强度尺寸效应是指同一种混凝土，不同尺寸的试件在受力时其抗拉强度的差异。
拉强度尺寸效应的原因主要是试件尺寸对试件的应力状态产生了影响。
大尺寸的试件由于应力分布比小尺寸的试件更加平缓，因此相同的应变下其应力较小，抗拉强度也相对较低。
拉强度的尺寸效应一般用等效直径或等效面积方法进行矫正，使得在不同尺寸试件的拉伸强度可以进行有效的比较。
3压剪强度尺寸效应研究
压剪强度尺寸效应是指同一种混凝土，在不同尺寸试件中其抗压和抗剪强度存在差异。
相对于拉强度尺寸效应，压剪强度的尺寸效应比较复杂。
由于混凝土的非线性本质，其应力-应变关系在不同尺寸试件中存在差异，因此仅采用等效直径和等效面积的方法进行矫正并不完全。
目前，压剪强度尺寸效应主要通过试验进行研究，并将试验结果应用于工程实践中。
4结论
综合以上分析，拉、压剪强度尺寸效应是混凝土力学研究中常见的问题之一。
针对拉强度尺寸效应，可采用等效直径或等效面积方法进行矫正；而压剪强度的矫正则需要同时考虑试验结果与工程实践结合的方式进行。
深入研究混凝土尺寸效应，可以更好地了解混凝土的力学性能，并为工程实践提供指导。
拉强度及其尺寸效应的细观数值研究
№．４
图４试件劈拉破坏裂纹分布图
Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｐｌｉｔ－ｔｅｎｓｉｏｎ ｃｒａｃｋ ｏｆ ｓｐｅｃｉｍｅｎ
不同试件尺寸的劈裂抗拉强度（平均值）及其相
对值列于表３。从表３中可以看出，劈裂抗拉强度随 试件尺寸的加大降低。
表３碾压混凝土试件尺寸对劈拉强度的影响
Ｔａｂ．３
利用自编的有限元分析程序，对碾压混凝土层面 劈裂抗拉试件作仿真模拟分析。根据Ｄｅｌａｕｎａｙ【５叫三 角剖分的原理，通过引进程序来实现对随机骨料颗粒 分布区域的全自动剖分，对不同单元分配不同的材料 特性。以上材料类型的判断通过编程由计算机实现。 图１中碾压混凝土层面劈裂抗拉试件的有限元计算网 格如图２所示。 １．３材料参数
２劈裂抗拉数值模拟
２．１ 劈裂抗拉强度数值模拟计算
劈裂抗拉强度按式（１）计算：
ｐ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱＲｐｌ＝０．６３７｝，
（１）
．ｒｉｏ
式中，尺ｄ为试样的劈裂抗拉强度；Ｐ为破坏荷载；Ａ。
为劈裂面积。
对河北省桃林口水库碾压混凝土试件进行了劈裂
抗拉强度试验［１¨。劈裂抗拉强度试样３６个，最大值
３．８４ ＭＰａ，最小值１．２６ ＭＰａ，平均值为２．７１ ＭＰａ。模拟
ｌｅｖｅｌ，ｔｈｅ ｒａｎｄｏｍ ａｇｇｒｅｇ，ａｔｅ ｍｏｄｅｌ ＷａＳ ｕｓｅｄ ａｎｄ ＲＣＣ ｗａｓ ｔａｋｅｎ ａｓ ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ
ｍａｔｒｉｘ ｏｆ ｍｏｒｔａｒ ｓｍｕｔ ｍａｔｒｉｘ ａｎｄ ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ ｃｏａｌ ａｓｈ， ａｇｇｒｅｇａｔｅ， ｓｍｕｔ
吻合。
碾压混凝土劈裂抗拉强度存在尺寸效应的原因，
RCC试件劈裂抗拉强度尺寸效应的数值模拟
利用 自编 的有 限元分析程序 ，对碾压混 凝土层面 劈裂抗拉试件作仿真模拟分析。根据 Ｄ ｌ ｎｙ ｅ ｕ ａ 三角剖 ａ 分的原理 ，通过引进程序来实现对 随机骨料 颗粒分布 区域 的全 自动剖分 。图 １中碾压混凝土层 面劈裂抗 拉 试件 的有 限元计算 网格见图 ２ 。
５ ０粒 。借助蒙特 卡 罗方 法 ，在试 件 截 面上 随机 确定
骨 料 的 位置 、形 状 和 尺 寸 ，产 生 出 随 机 骨 料 模 型 。在
试件中部设置 一层 １ｅ ｍ厚 的水泥砂 浆层 以模拟 碾压 混 凝 土层 面 连 接 ，据 此 生 成 碾 压 混 凝 土 随 机 骨 料 模 型。考 虑到骨料 随机 分 布的影 响 ，本 文对 １ ４种 不 同 骨料分 布的试件进行 了模 拟计算 ，取劈裂抗 拉强度 的 统计平均值作为计算值。这样计算 出的结果就 更具有 代表性 ，更能接近实验室 的实际情况 。该尺 寸试件的
１ 引 言
尺 寸 效 应 数 值 模 拟
・
混 凝 土 材 料 宏 观 上 的破 坏 行 为 实 质 上 是 细 观 尺 度
上损伤和断裂行为的积累和发展 ，宏观力学性 能受其 微 细 观 结 构 的 控 制 。混 凝 土 的破 坏 过 程 实 际 上 就 是 内 部裂缝萌生 、扩展 、贯通而失稳的过程 。室 内试 验研 究 中采 用 的碾压 混凝土试件 尺寸 由于测 试条件 限制 ， 难 以接近实际尺度 ，而进行大尺度模型试验受到技术 上和资金上的限制 。本文采用混凝土随机骨料生成技 术及有限元数值模拟技术来研究碾压混凝土试件 的细 观损伤断裂机理 、强度特性及其尺寸效应 与宏观力学 性能的关系 ，可 以为碾压混凝土力学性 能的数值模拟
基于细观层次的混凝土抗压强度与尺寸效应的数值模拟
基于细观层次的混凝土抗压强度与尺寸效应的数值模拟孙占青【摘要】为了实现混凝土试件抗压强度与尺寸效应的仿真计算分析,在细观尺度下,把混凝土看作是由砂浆、粘结带和骨料组成的三相复合材料,细观尺度下的各相物理力学参数都以试验数据为依据,用随机骨料模型代表混凝土细观结构,利用有限元法和混凝土细观力学的本构关系,借助于计算机强大的运算能力,对混凝土复杂的力学行为进行数值模拟.通过计算发现:混凝土抗压强度和破坏过程与试验相吻合,试件的尺寸效应也符合一定的规律,而且随着试件尺寸的增大,抗压强度逐渐降低.【期刊名称】《黑龙江工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(025)001【总页数】4页(P6-9)【关键词】细观尺度;随机骨料模型;抗压强度;尺寸效应;数值模拟;本构模型【作者】孙占青【作者单位】北京工业大学建筑工程学院,北京100124【正文语种】中文【中图分类】TU528.01混凝土作为建筑工程中一种常用的建筑材料，与其他材料相比（木结构、钢结构），具有取材容易，成本低廉，施工方便，可模性、整体性好的优点［1］，所以混凝土至今乃至以后仍然是建筑行业的支柱材料。
混凝土结构的使用至今约有一百五十多年的历史，在过去的一百多年时间里，人们对混凝土的研究主要是来自于试验。
从90年代开始，随着计算机技术的大力发展，人们对混凝土的研究也从宏观领域转到微观领域和细观领域，由于混凝土的试验工作要耗费大量的人力、物力和财力，对于一些大型的试件，还要受到试验条件的限制，细观数值模拟如今也成为研究混凝土力学性能的一个重要手段，这种方法既为理论研究的验证和广泛应用提供了先进的工具，又为试验研究创造了高效经济的计算机仿真技术，人们可以利用有限元法和混凝土细观力学的本构关系，借助于计算机强大的运算能力，对混凝土复杂的力学行为进行数值模拟。
为了研究混凝土试件的抗压强度与尺寸效应，本文将从细观损伤的角度采用随机骨料模型和有限元数值计算来研究混凝土的损伤破坏过程和抗压强度以及尺寸效应［2］。
拉伸强度与弯曲强度的关系及弯曲强度尺寸效应
拉伸强度与弯曲强度的关系及弯曲强度尺寸效应随着结构材料的不断发展，拉伸强度和弯曲强度具有重要的工程意义，它们是研究材料力学性能的两个基本指标。
拉伸强度是指材料在拉伸力作用下到达屈服状态前受力能力，弯曲强度是指材料在弯曲力作用下到达屈服状态前受力能力。
拉伸强度和弯曲强度的关系至关重要，它可以为材料的研究和分析提供重要的参考数据。
拉伸强度和弯曲强度的关系可以由理论和实验来确定。
由于被测材料的弯曲强度受材料的尺寸效应影响，因此在确定拉伸强度和弯曲强度的关系时需要考虑材料的尺寸效应。
尺寸效应是指材料的总变形在指定试样尺寸内受其尺寸的影响。
在实验中，如果不考虑材料的尺寸效应，则得出的拉伸强度和弯曲强度之间的关系是准确的，而在实际中，如果考虑尺寸效应，则拉伸强度和弯曲强度之间的关系会有所不同。
在实验中，可以通过采用不同尺寸的试样，并对试样进行拉伸和弯曲实验，来考察材料的尺寸效应。
一般情况下，随着测试样品的尺寸减小，材料的拉伸强度会显著下降，而弯曲强度仅会比拉伸强度略低，因此弯曲强度小于拉伸强度，可以说是一种尺寸效应。
为了更好地了解拉伸强度和弯曲强度之间的关系，研究人员还研究了其他一些参数。
一些研究表明，材料的拉伸强度与弯曲强度之间存在一定的关系，例如，当应力增加时，材料的拉伸强度和弯曲强度会相应增加，而当应变增加时，材料的拉伸强度和弯曲强度会相应减小。
此外，研究还发现，材料的尺寸对拉伸强度和弯曲强度也有影响，尺寸越小，材料的拉伸强度和弯曲强度都会减小。
因此，拉伸强度和弯曲强度之间存在一定的关系，并且受尺寸效应的影响。
研究结果表明，材料的尺寸越小，拉伸强度和弯曲强度之间的关系也越明显，而且材料的尺寸越小，其承受拉伸和弯曲力能力也越低。
因此，在工程实践中，应该考虑尺寸效应，以确保材料的使用安全可靠。
综上所述，拉伸强度与弯曲强度的关系及弯曲强度尺寸效应具有重要的工程意义，通过研究材料的拉伸强度和弯曲强度之间的关系，可以为材料的研究和分析提供参考数据，同时还要注意材料的尺寸效应，以保证材料的使用安全可靠。
混凝土立方体劈拉强度尺寸效应试验研究
混凝土立方体劈拉强度尺寸效应试验研究谢胜涛;申粘红;韩双双;吴晨【摘要】为研究混凝土立方体劈裂抗拉强度尺寸效应现象，开展了不同强度等级边长的立方体试块劈裂抗拉试验，揭示了混凝土立方体劈裂抗拉强度尺寸规律，研究结果表明：不同强度等级下混凝土立方体劈裂抗拉强度均存在尺寸效应现象，强度等级越高，劈裂抗拉强度尺寸效应越显著。
%To research the phenomenon that splitting cleavage strength of concrete cube size effect. It launches splitting tensile strength test of cube components with different strength degree and different side length,and demonstrates splitting tensile strength size and law of concrete cube. The results prove that in the difference strength,there are splitting cleavage strength of concrete cube size effect,and the higher strength grade, the phenomenon become more apparent.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2016(042)013【总页数】2页(P116-117)【关键词】混凝土;劈裂抗拉强度;尺寸效应;强度等级【作者】谢胜涛;申粘红;韩双双;吴晨【作者单位】防灾科技学院，河北三河 065201;防灾科技学院，河北三河065201;防灾科技学院，河北三河 065201;防灾科技学院，河北三河 065201【正文语种】中文【中图分类】TU528混凝土材料是土木工程中最常用的建筑材料，由于原材料来源广泛、价格低廉、耐久性优良、便于施工、能适应各种不同的用途和使用环境等诸多优点，在工程结构中得到广泛应用。
基于细观力学的再生混凝土材料强度尺寸效应研究开题报告
基于细观力学的再生混凝土材料强度尺寸效应研究开题报告标题：基于细观力学的再生混凝土材料强度尺寸效应研究研究背景和意义：随着人们对环境保护、资源节约等方面要求的增强以及城市化进程的加快，再生混凝土作为一种重要的节能环保建材逐渐受到人们的重视。
再生混凝土主要由废弃砖块、混凝土碎石等废弃建筑垃圾经加工制成的混凝土材料。
在保证原混凝土性能的基础上，再生混凝土不仅可以实现废弃物资源化利用，但还可以减少建筑垃圾的分拣和填埋，从而减轻环境压力。
与此同时，再生混凝土材料的强度尺寸效应问题成为再生混凝土材料工程应用的一个重要问题。
尺寸效应指定尺寸范围内应变集中，从而导致强度参数随着试样尺寸的缩小而下降。
对于再生混凝土材料的应用，了解其强度尺寸效应是保证建筑工程质量的基础性问题之一。
研究内容和目的：本文主要研究基于细观力学的再生混凝土材料强度尺寸效应问题。
研究内容包括以下几个方面：1. 基于细观力学原理建立再生混凝土材料的模型，研究其强度尺寸效应问题。
2. 分析不同种类的再生混凝土材料及其构建材料的强度尺寸效应特性，并对不同种类再生混凝土的强度尺寸效应进行比较分析。
3. 试验验证强度尺寸效应模型，以及应力场和应变场的分布规律。
通过试验数据与模型预测结果的比较，验证所建立的模型的正确性。
本文旨在研究再生混凝土材料的强度尺寸效应问题，为再生混凝土材料的工程应用提供理论依据和实验数据，同时为可持续发展的建筑材料提供参考。
研究方法和技术路线：本文将采用细观力学原理建立再生混凝土材料的强度尺寸效应模型，探究不同种类再生混凝土的强度尺寸效应特性。
模型的构建将依据非线性有限元分析理论进行，同时利用数值仿真方法进行试验验证。
具体研究流程如下所示:1. 文献综述：研究已经完成的关于再生混凝土的强度尺寸效应问题的文献，分析相关问题，确定研究重点。
2. 材料试样制备：选取不同种类的再生混凝土材料，制备符合国际标准的试样。
3. 强度测试：利用试验室现有的设备对制备好的试样进行强度测试，获得试样强度数据。
普通混凝土劈裂抗拉尺寸效应试验研究
山东农业工程学院学报2019年第36卷第6期0.引言混凝土由于其独特的优势,被广泛应用于建筑土木领域,同时其相关领域研究被国内外学者大量研究,随着社会发展,对于高耸与复杂的混凝土结构需求逐步成为不容忽视的方面,对于该类型混凝土结构一般需要进行方案前期论证,一般采用缩比例模型或有限元模拟计算两种方式,其中缩比例尺模型试验研究更为符合实际工程研究要求,然而混凝土力学性能受尺寸效应具有明显影响,因此对混凝土尺寸效应的研究具有重要意义[1-3]。
目前对于混凝土尺寸效应的研究,Wittmann[4]从混凝土材料的微观角度、细观角度和宏观角度三个层次方面进行研究;李家康[5]对多种强度混凝土抗压强度尺寸效应进行研究;冷发光[6]对C70高强混凝土抗压强度尺寸效应进行研究,结果表明高强混凝土受尺寸效应影响更为明显;钱觉时[7]对不同截面尺寸混凝土弯拉作用下的尺寸效应进行研究;章文纲[8]对钢纤维混凝土剪切尺寸效应进行研究。
混凝土具有抗压能力强和抗拉能力较弱的特点,对于混凝土抗拉尺寸效应的研究具有重要意义,然而对于混凝土抗拉强度尺寸效应的研究尚不系统。
因此有必要系统的对混凝土抗拉强度尺寸效应进行研究。
本文设计三种强度等级普通混凝土,考虑三种不同立方体尺寸,应用液压伺服机和劈裂抗拉装置对混凝土劈裂抗拉加载方式尺寸效应进普通混凝土劈裂抗拉尺寸效应试验研究叶生(安徽交通职业技术学院安徽合肥230051)【摘要】为探究普通混凝土劈裂抗拉受力方式尺寸效应,设置三种不同强度等级和三种不同立方体尺寸普通混凝土,应用液压伺服机和劈裂抗拉装置,对普通混凝土进行劈裂抗拉受力方式尺寸效应研究。
通过试验得到不同加载工况普通混凝土破坏形态和劈裂抗拉强度特征值进行对比分析,主要得到以下结论:尺寸效应对混凝土劈裂抗拉破坏形态没有直接影响;不同强度等级混凝土受劈裂抗拉加载方式均受到尺寸效应的影响,随着立方体边长尺寸的增大,混凝土劈裂抗拉强度逐步降低,其中强度等级较高的混凝土,其劈裂抗拉强度降低幅度值逐步增大,但劈裂抗拉强度降低百分比基本相类似;同时从尺寸效应律角度提出不同强度等级普通混凝土劈裂抗拉加载方式下尺寸效应方程,所得到的方程具有较好的适用性。
考虑材料层次尺寸效应影响的混凝土力学性能理论预测方法
考虑材料层次尺寸效应影响的混凝土力学性能理论预测方法李冬;金浏;杜修力;刘晶波【摘要】大坝混凝土粗骨料粒径范围为5～150 mm,混凝土材料的宏观力学性能易随骨料级配等发生变化.本文从细观角度出发,提出了一种能够考虑材料层次尺寸效应影响的预测混凝土宏观力学性能的理论分析方法.结合混凝土材料内部细观结构形式,将其看作由粗骨料颗粒、砂浆基质以及界面过渡区组成的三相复合材料.假定骨料颗粒在混凝土受力过程中不发生破坏,采用双线性本构模型描述砂浆基质和界面过渡区的材料力学行为,基于断裂力学基本理论框架,推导得到了混凝土细观裂缝长度、宏观断裂能、单轴拉伸强度、特征长度以及脆性指数等力学参数的理论公式.基于本文提出的理论预测方法,分析了界面过渡区力学性能以及粗骨料级配、含量对混凝土宏观力学性能的影响.%The particle size of coarse aggregates in dam concrete ranges from 5mm to 150mm,consequently,the macroscopic mechanical properties of concrete are easily varied with the aggregate gradation.From the mesoscopic of view,a theoretical method to predict the mechanical properties of concrete considering of the size effect in material is established.In view of the internal structures,the concrete material is regarded as a three-phase composite composed by the coarse aggregate,the mortar matrix and the interfacial transition zone (ITZ).It is assumed that the aggregate is unbroken within the process of loading.The mechanical behavior of the mortar matrix and the ITZ is described by bilinear constitutive models.Based on the theoretical concept of fracture mechanics,a group of theoretical formulae for the determination of mechanical parameters of concrete including the mesoscopic cracklength,the macroscopic fracture energy,the uniaxial tensile strength,the characteristic length and the brittleness number are derived.The influences of the mechanical properties of the ITZ and the aggregategradation/volume on the macroscopic mechanical properties of concrete are analyzed based on the proposed theoretical method.【期刊名称】《水利学报》【年(卷),期】2018(049)004【总页数】10页(P464-473)【关键词】大坝混凝土;尺寸效应;断裂力学;细观力学;骨料级配;界面过渡区【作者】李冬;金浏;杜修力;刘晶波【作者单位】清华大学土木系,北京100084;北京工业大学城市减灾与防灾防护教育部重点实验室,北京 100124;北京工业大学城市减灾与防灾防护教育部重点实验室,北京 100124;北京工业大学城市减灾与防灾防护教育部重点实验室,北京100124;清华大学土木系,北京100084【正文语种】中文【中图分类】TU5281 研究背景裂缝问题是我国重大水工混凝土结构工程中的关键问题之一。
混凝土拉伸断裂过程及尺寸效应的数值模拟
Ｎｕ ｒ ｃ ｌ ｓ ｕ ａ ｉｎ ｏ ｅ ｓｌ ａｌ ｒ ｒ ｃ ｓ ｎ ｍｅ ｉａ ｉ ｌｔｏ ｆ ｔｎ ｉ ｆ ｉ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ａ ｄ ｍ ｅ ｕ ｓｚ ｆｅ ｔ ｏ ｉ ｇ ｅ ｅ ｇ ｒ ｃ ｅ ｏ ｃ ｅ ｐ ｃｍｅ ｉｅ ｅ ｃ ｆ ｓｎ ｌ－ ｄ ｅ ｃ ａ ｋ ｄ ｃ ｎ ｒ ｔ ｓ ｅ ｉ ｎ ｅ
混 凝 土拉伸 断裂 过 程及 尺 寸效 应 的数 值模 拟
朱 万成 ，林天革 ，唐春安 ，黄明利 。 ，梁正 召
（．东北大学 岩石破裂与失稳研 究中心 ， 辽宁 １ 沈阳 １０ ０ ；２ 辽宁省 盎规划设计院 ， 辽 宁 １ ０６ ． ｝ 洗阳 １ ００ １ ３ ０
３ ．中科院 武担岩土力学研究所岩土 力学重点实验室 ， 湖北
ＺＨＵ ａ － ｈ ｎ Ｗ ｎ ｃ ｅ ｇ ，Ｌ ｎ ｅ ，Ｔ Ｉ Ｔｇ －ｇ ＡＮＧ ｕ － ｎ ，ＨＵＡＩＧ ｎ － ｉ ＬＡＮＧ ｅｎ ｚ ａ ’ Ｎ ａ Ｃｈ ｎ ａ ’ ｘ Ｍｉｇ ｌ ， Ｉ ｌ 。 Ｚｈ ｇ— ｈ ｏ
（．Ｃ ｎ＝ ｆｒＲ ｃ ｎｔ ｉｔ ｎ ｎｓ ｃ ｓａ ，Ｎ ｒ ｅｓ ｍ ｉｅ ｉ ， Ｓ ｅ ｙｎ １０ ０ ， Ｃｈｎ ； １ ￣ ｔ ｏ ｏｋ Ｉｓ ｂｌｙ ａ ｄ Ｓ ｍｌｉ Ｒｅｅ￣ｈ ｏｔ ａ｛ Ｕｎｖｒ ｔ ｒ ａ ｉ ｉ ｙ ｔ ￣ ｅ ｓｙ ｈ ａ ａｇ １０ ６ ｉａ
２ Ｋｅ ｂ ｒ ｔ ｒ ｏ ｃ ｎ ｏ ｌ ｅ ｈ ｎ ｃ ，］ ｌ ｔ ｆ Ｒｏ ｋ ａ ｄ ｅ ｔ Ｍ ｅ ｈ ｎ ｃ ，ｔ ｅ Ｃｈ ｎ ｓ ａ ｅ ｙ ｆ ｃ ｅ ｃ ｓ Ｗ ｕ ａ ４ ０ ］ ｙ Ｌａ ｏ ａ ｏ ｙ ｆ Ｒｏ ｋ ａ ｄ Ｓ ｉ Ｍ ｃ ａ ｉｓ ｎｓｉ ｅ ｏ ｃ ￣ ｎ Ｓ ｉ ｃ ａ ｉ ｓ ｈ ｉ ｅ ｅ Ａｃ ｄ ｍ ｏ Ｓ ｉ ｎ ｅ ， ｈｎ ￣ ７
基于细观层次的混凝土抗压强度与尺寸效应的数值模拟
ａ ｈ ｅ ｏｓ ａｅ ｈ ｏ ｃｅｅ ｉ ｔｋ ｎ ａ ｏ － ｎｆ ｒ ｔ ｒｅｐ ａ ｅｃ ｍ ｐ ｓｔ ｔｒａｓｂ ｅ ｎ — ｔｔ ｅｍ ｓ —ｃ ｌ，ｔ ｅｃ ｎ ｒｔ ｓ ａ ｅ ｓａ ｎ ｎ ｕ ｉ ｍ ｈ ｅ － ｈ ｓ ｏ ｏ ｉ ｍａｅ ｉｌ ｙ ｃ ｍｅ ｔｍｏ ｏ ｅ
基 于 细 观 层 次 的 混 凝 土 抗 压 强 度 与
尺 寸 效 应 的数 值 模 拟
孙 占青
（ 京 工 业 大 学 建 筑工 程 学 院 ， 京 １０ ２ ） 北 北 ０ １４
摘
要： 为了实现混凝 土试件抗压强度与尺寸效应的仿真计算分析 ， 细观尺度下 ， 混凝 土看作是 由砂浆 、 在 把 粘结带
ｆ ｉ ｌｍ ｅ ｔｍｅ ｈ ｄ ａ ｄ ｍｅ ｏ ｃ ａ ｉｓｃ ｎ ｔ ｕ ｉｅｒ ｌｔ ｎ ，ｍａ ｅｕ ｅｏ ｏ ｒｕ ｏ ｕ ｉｇ ｏ ｏ — ｉ ｔ ｅｅ ｎ ｔ ｏ ｎ ｓ ｍｅ ｈ ｎｃ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅａｉ ｓ ｎ ｅ ｔ ｖ ｏ ｋ ｓ ｆｐ ｗｅ ｆ ｌ ｍｐ ｔｎ ｆｃ ｒ ｃ ｎ
ｐ ａ ｅ ａ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ａ ｅ ｈ ｓ ｒ ａ ｅ ｎ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌ ｔ ．Ｗ ｅ ｓｎ ａ ｄ ｍ ｇ ｒ ｇ ｔ ｄ ｌ ｎ ｂ ｈ ｌ ｏ ｓ ｓ ｒ ｃ ｕ ｒ ａ ｄ ｄ ，ｕ ｉ ｇ ｒ ｎ ｏ ａ ｇ ｅ ａ ｅ ｍｏ ｅ ｏ ｅ ａ ｆ ｆｍｅ ｏ ｔ ｕ ｔ ｅ ｎ
关 键 词 ： 观 尺度 ； 机 骨料 模 型 ； 压 强 度 ； 寸 效 应 ； 值 模 拟 ； 构 模 型 细 随 抗 尺 数 本
中图 分 类 号 ： Ｕ５ ８０ Ｔ ２．１
文 献标 志码 ： Ａ
文章 编号 ：６ １４ ７ （０ １０ —０ ６０ １ ７—６９ ２ １ ）１０ ０—４
基于断裂理论的竹纤维复合材料拉伸强度的尺寸效应研究
基于断裂理论的竹纤维复合材料拉伸强度的尺寸效应研究哈维尔1，刘 问1，2*，孟鑫淼】，2，张涵政1，李康宁1(1.北京林业大学水土保持学院，北京 100083； 2.北京林业大学水土保持国家林业局重点实验室，北京 100083)摘要：以重组竹为代表的竹纤维复合材料是具准脆性断裂特征的生物基纤维复合材料，强度值存在尺寸效应问题，影响 其构件的设计理论。
为研究重组竹的强度尤其是纵向拉伸强度的尺寸效应现象，进行了三点弯曲试验与直接拉伸试验测试材 料的尺寸效应行为，并应用基于断裂理论的拉伸强度模型分析材料缺陷尺寸及尺寸效应的计算方法。
试验结果表明，重组竹的拉伸强度存在明显的尺寸效应现象，而基于断裂理论的拉伸强度模型可计算不受尺寸效应限制的理论塑性拉伸强度，且该塑性拉伸强度考虑了材料表面的缺陷影响。
因此，尺寸效应对重组竹纵向拉伸强度的影响可采用理论塑性拉伸强度与表面缺 陷尺寸确定。
关键词：重组竹；准脆性断裂；尺寸效应；拉伸强度；缺陷尺寸；复合材料中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：2096-8000(2021)02-0011-08竹材被称作“植物钢筋”，生物量大、能耗低、价 格低廉，是性能优良的天然绿色建材［1，2］。
由竹材建造的竹结构体系是绿色建筑及绿色建筑工业化的一个重要方向，正引起国内外的广泛关注与研究［3］ O 原竹结构历史悠久,但存在一些不足,例如，尺寸与形状限制、性能不稳定、节点复杂、耐久性差等［4］O 为克服这些应用限制,近年来,竹纤维复合材料的工程竹结构蓬勃发展［5,6］O 与原竹结构相比,工程结构的建造方法和形式更符合现代工业化建筑的要求，但目前尚未形成统一的设计理论和计算体系，还 需从多方面进行系统研究［4］O重组竹是竹纤维复合材料的重要代表，是以原竹 的竹束或纤维化单板为构成单元，顺纹组坯,浸渍酚醛树脂后经热压或冷压而成的单向竹纤维增强复合材料，原材料利用率高达90%⑺。
PVA-ECC拉压强度尺寸效应试验研究
第50卷增刊建筑结构Vol.50 S2PV A-ECC拉压强度尺寸效应试验研究唐文涵，何淅淅（北京建筑大学土木与交通学院，北京100044）［摘要］工程水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composites，ECC）是具有应变硬化性能和优异的裂缝控制能力的高性能水泥基复合材料。
为研究PV A -ECC尺寸效应及相关力学性能，试验设计了3组强度，测定了不同PV A掺量、尺寸的ECC立方体抗压强度、劈裂强度和抗折强度。
结果表明，ECC的劈裂强度存在尺寸效应，截面越大强度越低，ECC的劈裂强度尺寸效应大于砂浆基体。
PV A掺量能显著提高砂浆试件的抗折强度，强度等级越低，PV A掺量对抗折强度的影响越小。
［关键词］工程水泥基复合材料；尺寸效应；劈裂抗拉强度；抗折强度；立方抗压强度中图分类号：TU525 文献标识码：A 文章编号：1002-848X(2020)S2-0534-05Experimental study on size effect of tensile and compressive strength of PV A-ECCTANG Wenhan, HE Xixi(School of Civil and Transportation Engineering, Beijing University of CivilEngineering and Architecture, Beijing 100044, China)Abstract:Engineered Cementitious Composites (ECC) is a high-performance cement-based material with strain hardening properties and excellent crack control ability. In order to study the size effect and related mechanical properties of PVA-ECC, three groups of strength were designed, and the 28d cubic compressive, splitting and flexural strength of ECC and cement mortar matrix with different sizes were measured. The results show that there is a size effect on the splitting strength of ECC. The larger the cross section is, the lower the strength is, and the size effect of ECC is larger than that of mortar matrix. The content of PVA can significantly improve the flexural strength of mortar specimens, and the lower the strength grade is, the less the effect of PVA content on the flexural strength is.Keywords:engineered cementitious composites; size effect; splitting tensile strength; flexural strength; cube compressive strength0 前言1992年Victor C. Li提出工程水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composites，ECC）概念以来，高延性纤维增强水泥基复合材料引起国内外广泛关注，迅速发展。
混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应的细观数值研究
铁 道 建 筑Rail way Eng ineerin gJuly ,2008文章编号:100321995(2008)0720112202混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应的细观数值研究杜立峰1,杨 茜2,屈彦玲1,秦 伟1(11石家庄铁路职业技术学院土木系,石家庄 050041;21石家庄铁道学院,石家庄 050043)摘要:为从细观结构上研究混凝土的劈裂抗拉强度及其尺寸效应,采用随机骨料模型模拟混凝土的细观结构,在细观层次上将混凝土看成是由硬化水泥砂浆体、粗骨料颗粒及二者间的黏结带构成的三相非均质复合材料;利用有限元方法数值模拟混凝土试件的细观损伤断裂和劈裂抗拉,并对其劈裂抗拉强度尺寸效应进行了研究。
结果表明:骨料与砂浆的界面是混凝土劈拉破坏的薄弱环节,混凝土试件的劈裂抗拉强度存在明显的尺寸效应,所采用的数值模拟计算方法基本可行。
关键词:混凝土 劈裂抗拉强度 随机骨料模型 尺寸效应 数值模拟中图分类号:TU528101 文献标识码:A收稿日期22;修回日期226作者简介杜立峰(—),男,河北藁城人,讲师,硕士。
混凝土材料的宏观力学性能受其微细观结构的控制,宏观上的破坏行为实质上是细观尺度上损伤和断裂行为的积累和发展造成的。
混凝土的破坏过程实际上就是内部裂缝萌生、扩展、贯通而失稳的过程。
室内试验研究中采用的试件尺寸由于测试条件限制,难以接近实际尺度,而进行大尺度试验受到技术上和资金上的限制。
采用混凝土随机骨料生成技术及有限元数值模拟技术来研究混凝土试件的细观损伤断裂机理、强度特性及其尺寸效应与宏观力学性能的关系,从而为混凝土力学性能的数值模拟开辟新途径。
笔者采用混凝土随机骨料模拟技术[1]及有限元数值分析技术,在细观层次上重点研究混凝土劈裂抗拉强度和破坏机理,并对其尺寸效应进行研究。
1 计算模型111 随机骨料模型把混凝土视为由粗骨料、水泥砂浆及两者界面黏结带组成的复合材料。
骨料分成细骨料和粗骨料,骨料的大小可用颗粒分配曲线表示。
考虑尺寸效应的再生混凝土受压破坏细观模拟研究
考虑尺寸效应的再生混凝土受压破坏细观模拟研究
刘春阳;秦继贺;林玉瑛;高英棋;周光锴
【期刊名称】《山东建筑大学学报》
【年(卷),期】2024(39)3
【摘要】再生粗骨料取代率、粗骨料粒径及截面尺寸对再生混凝土单轴压缩破坏行为产生影响。
文章采用细观尺度数值模拟方法,建立了再生混凝土二维细观模型,模拟分析了再生混凝土单轴压缩破坏的应力-应变曲线、损伤拓展以及破坏的全过程。
结果表明:静态加载下,再生混凝土的损伤由内向外拓展,先出现在最薄弱的界面过渡区,再发展到砂浆基质;截面尺寸、粗骨料粒径和再生粗骨料取代率的改变会影响到再生混凝土的破坏模式和力学性能;再生混凝土存在明显的尺寸效应,不同截面尺寸下,再生粗骨料的粒径和取代率的增大都会在一定程度上削弱尺寸效应行为,而当再生粗骨料取代率为100%时,尺寸效应得到有效抑制。
【总页数】11页(P1-11)
【作者】刘春阳;秦继贺;林玉瑛;高英棋;周光锴
【作者单位】山东建筑大学土木工程学院;山东建筑大学建筑结构加固改造与地下空间工程教育部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TU528
【相关文献】
1.再生混凝土受压细观损伤尺寸效应分析
2.基于细观模拟的轻骨料混凝土动态压缩破坏及尺寸效应分析
3.高应变率下再生橡胶颗粒改性混凝土受压破坏细观数值模拟
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5.基于细观模拟的轻骨料混凝土破坏行为及尺寸效应研究
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混凝土强度尺寸效应的研究进展
图1
两种不同混凝土的强度尺寸效应可能存在的对比情况
1
2003 年第 3 期
混凝土与水泥制品
总第 131 期
上混凝土 A 的强度显著高于混凝土 B, 但在工程尺度 上 则可能出现混凝土 B 的强度高于 混凝土 A 的情 况, 如图中 ( b) 所示, 这显然是大家非常担心的情况, 甚至 ( c) 的情况也不是人们所希望的。因此, 混凝土高强化 不能仅仅是在实验室尺度上的强度提高 2 211 混凝土强度尺寸效应的试验研究 抗压强度尺寸效应 Neville
[40] [9] [ 7]
21 3
抗拉强度尺寸效应 Malhotra
[10]
采用 ª 10cm @ 20cm 和 ª 15cm @ 30cm 两
种圆柱体试件测定 抗拉强度, 试验结果表明 ª10cm @ 20cm 圆柱 体试件 的抗拉 强度 约比 ª15cm @ 30cm 试 件 的抗拉强度高 7% 。 水科院 的试验结果表 明 [6 ], ª 15cm 圆断 面试件 的 抗 拉 强度 约 比 断 面 15cm @ 15cm 试 件 的 抗 拉 强 度 高 5% , 断面 10cm @ 10cm 试件的抗拉强度约比断面 15 @ 15cm 试件的抗拉强度高 15% 。 Carpinteri [11~ 13] 通过自行研制的试 验仪器, 成功 地 解决了直接拉伸试验中可能存在的弯曲应力问题 , 获 得了稳定完整的拉伸曲线。试验结果表明拉伸强度 具 有显著的尺寸效应, 截面宽度 5cm 的试件强度为 4. 33 MPa, 而当尺寸增大到 40cm 时强度仅为 3. 17MPa 。 对于劈裂抗拉强度, 试验结果表明不论是圆柱 体 试件还是立方体试件它都随试件尺寸增大而减小。 奥 西泽 的研 究显 示, 圆柱 体试 件混 凝土 受拉 断面 大 于 800cm 2~ 900cm2( 直径 d \30cm) 时, 尺寸效应已消失 , 劈裂抗拉强度 趋于稳定而不受试件尺寸 的影响 。 姜 福田则在统计众多试验结果的基础上得出不同尺寸 立 方体试件与 15cm 立方体试件的换算系数, 10cm、20cm 立方体试件换算系数分别为 0. 85、 1. 15 [6]。 3 混凝土强度尺寸效应的理论研究 通过试验获得混凝土强度尺寸效应的结果非常 直 接, 但受到很多限制, 因此很多研究者在如何准确给出 强度尺寸效应公式方面进行了大量的研究工作。 31 1 Weibull 统计理论 自从 1939 年 Weibull 采 用最弱键概 念分析和描 述 强度尺寸效应现象, 并提出著名 Weibull 分布以来, 统 计强度理论已发展为一门引人注目的学科。根 据 Weibull 理论, 对于加载形式相同, 体积为 V 1、 V 2 试件的 平均强度比值可由下式给出。
碾压混凝土单轴抗拉强度的数值模拟
碾压混凝土单轴抗拉强度的数值模拟
屈彦玲;杜立峰;阎志刚
【期刊名称】《西部探矿工程》
【年(卷),期】2008(020)010
【摘要】碾压混凝土的强度关系到碾压混凝土结构的安全.采用随机骨料模型模拟碾压混凝土的细观结构,利用有限元方法数值模拟碾压混凝土试件单轴抗拉的细观损伤断裂,并对其单轴抗拉破坏过程进行了研究.
【总页数】3页(P217-218,221)
【作者】屈彦玲;杜立峰;阎志刚
【作者单位】石家庄铁路职业技术学院土木系,河北,石家庄,050041;石家庄铁路职业技术学院土木系,河北,石家庄,050041;石家庄铁路职业技术学院土木系,河北,石家庄,050041
【正文语种】中文
【中图分类】TU528.01
【相关文献】
1.碾压混凝土单轴抗压强度尺寸效应的数值模拟 [J], 屈彦玲;杜立峰;邢焕兰
2.武鸣红黏土轴向压裂与单轴拉伸抗拉强度试验对比研究 [J], 曾召田;徐云山;唐双慧;莫红艳;张锦锦
3.碾压混凝土单轴抗压强度的数值模拟 [J], 屈彦玲;王楠
4.碾压混凝土单轴压缩数值模拟研究 [J], 张业旭;许舰
5.碾压混凝土单轴抗拉强度尺寸效应的数值模拟 [J], 屈彦玲
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高强混凝土尺寸效应的研究
混凝土强度尺寸效应试验采用的试件尺寸变
化范围为 1∶4, 试件脱模后在实验室中自然养护 (28 d 前洒水养护) , 试验龄期 160 d. 抗弯强度试 验采用三点弯曲法, 用于测定抗弯强度的试件尺 寸为 50 mm ×50 mm ×207. 5mm , 100 mm ×100 mm ×415 mm , 150 mm ×150 mm ×622. 5 mm 及 200 mm ×200 mm ×830 mm ; 用于测定抗压强度 和劈拉强度试件尺寸分别是边长为 50 mm , 100 mm , 150 mm 及 200 mm 这 4 种尺寸的立方体; 混 凝土棱柱体抗压试验的尺寸为 100 mm ×100 mm × 100 mm , 100 mm × 100 mm × 300 mm 及 100 mm ×100 mm ×400 mm. 同种尺寸成型 6 个 试件, 所有试件均采用自然养护.
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开裂。试件尺寸越大，骨料数就越多，粘结带也就越
多，越容易受载开裂。因此，大试件的抗拉强度常低
于小试件，表现出尺寸效应。
４结论
（Ｉ）数值计算表明：碾压混凝土骨料与砂浆的界 面与常规混凝土一样是薄弱的环节，不同的是，由于 碾压混凝土存在薄弱的层面，所以破坏更容易从层面 发生；在实际工程中，应采用有效措施提高碾压混凝 土粘结界面的力学性能和工作状态。
计算结果与试验结果的对比列于表２。计算结果与试
验结果基本吻合。
表２计算劈裂抗拉强度与试验强度的对比
Ｔａｂ．２ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｆ ｓｐｌｉｔ－ｔｅｍｉｌｅ曲陀ｎｇＩ｝ｌＢ ｏｆ
ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
２．２劈裂抗拉破坏机理 模拟试件劈拉破坏时的裂纹分布图如图３所示。 从破坏裂纹分布图３可以看出，带层面碾压混
采用试件截面为１６．７ ｃｎｌ×１６．７ ｃｍ的三级配混凝 土，将小于５ ｍｌｎ的细骨料计人砂浆匀质体，计算得
出的各级骨料颗粒数：６ ｃｍ粒径的骨料２粒，３ ｃｍ 粒径的骨料６粒，１．２（３１１１粒径的骨料５０粒。按各种 粗骨料在截面上不相萤叠的条件，借助蒙特卡罗方 法【４Ｊ，在试件截面上随机确定骨料的位置、形状和尺 寸，产生出随机骨料模型。在试件中部设置一层１ ｃｎｌ厚的水泥砂浆层以模拟碾压混凝土层面连接，据 此生成碾压混凝土随机骨料模型。考虑到骨料随机分 布的影响，本文对１４种不同骨料分布的试件进行了 模拟计算，取劈裂抗拉强度的统计平均值作为计算 值。这样计算出的结果就更具有代表性，更能接近实 验室的实际情况。该尺寸试件的一种随机分布骨料模 型如图ｌ所示。 １．２有限元模型
ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ（１）ｔｈｅ ｃｏｎｔａｃｔ ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ ｐｌａｎｅ ａｒｅ ｔｈｅ ｗｅａｋ ｐｌａｃｅ ｏｆ ｓｐｌｉｔ—ｔｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ＲＣＣ；（２）ｔｈｅ ｓｐｌｉｔ—ｔｅｎｓｉｌｅ
ｓｔｌｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ＲＣＣ ｓｐｅｃｉｍｅｎ ｅｘｉｓｔｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｓｉｚｅ ｅｆｆｅｃｔ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｌａｗｓ ｏｆ ｔｈｅ ｕｓｕａｌ ｔｒｉａｌｓ ｂａｓｉｃａｌｌｙ． Ｔｈｅ ｗａｙ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｒａｎｄｏｍｌｙ ｉｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏ－ｆｒａｃｔｕｒｅ ｉｎｊｕｒｙ ｏｆ ＲＣＣ．
吻合。
碾压混凝土劈裂抗拉强度存在尺寸效应的原因，
要从碾压混凝土的细观结构来分析。碾压混凝土试件
是由硬化水泥粉煤灰砂浆基底、粗骨料、基底与骨料
之间的粘结带和水泥砂浆中间层面所形成的非均质复
合材料，试件的宏观破坏实质上是细观结构损伤断裂
行为的积累和发展。在碾压混凝土试件内部，以骨料
和基底之间的粘结带抗拉强度最低，故最易由粘结带
第２５卷第１２期 ２００８年１２月
公路交通科技 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｉｇｈｗａｙ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
Ｖ０１．２５ Ｎｏ．１２ Ｄｅｃ．２００８
文章编号：１（１０２－０２６８（２００８）１２－００８０－０４
碾压混凝土劈裂抗拉强度及其 尺寸效应的细观数值研究
参考文献： Ｒｅｆｅｒｍｏｍ：
［１］ 唐春安，朱万成．混凝土损伤与断裂一数值试验［Ｍ］． 北京：科学出版社，２００３．
ＴＡＮＧ Ｃｈｕｎ－ａｎ，ＺＨＵ Ｗａｒｒｃｈｅｎｇ．ｈｊｕｒｙ ａｎｄ Ｆｒａｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｃｏｎ．
中图分类号：１３４１４．１＋８
文献标识码：Ａ
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｓｐｌｉｔ－ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ Ｓｉｚｅ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ
Ｒｏｌｌｅｄ Ｃｏｍｐａｃｔｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｏｎ Ｍｅｓｏ－ｌｅｖｅｌ
ＱＵ Ｙａｈ－ｌｉｎ９１，ＹＡＮＧ Ｑｉａｎ２，ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｎｇ－ｌｏｎ９３ （１．Ｓ畸ｉａｚｈｎａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｎａｎｇ Ｈｅｂｅｉ ０５００４１，Ｃｈｉｎａ；
பைடு நூலகம்
表４混凝土试件尺寸对劈拉强度的影响
Ｔａｂ．４ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎ Ｏｉｌ
ｓｐｌｉｔ—ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｈ℃ｎｇ山
试件尺寸／ｃｍ
１０ｘ １０×１０ １５×１５×１５ ２０×加×２０ ３０ｘ ３０×３０
劈拉强度卣分数，％
１２５
１００
８９
７８
利用自编的有限元分析程序，对碾压混凝土层面 劈裂抗拉试件作仿真模拟分析。根据Ｄｅｌａｕｎａｙ【５叫三 角剖分的原理，通过引进程序来实现对随机骨料颗粒 分布区域的全自动剖分，对不同单元分配不同的材料 特性。以上材料类型的判断通过编程由计算机实现。 图１中碾压混凝土层面劈裂抗拉试件的有限元计算网 格如图２所示。 １．３材料参数
ｐｈｍｅ ａｎｄ ｂｏｎｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍａｔｒｉｘ ａｎｄ
ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｏｎ ｒｒＫ骞。一ｌｅｖｅｌ．Ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ｃｒａｃｋｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＲＣＣ ｉｎ ｓｐｌｉｔ—ｔｅｎｓｉｌｅ ｔｅｓｔ ｗｅｒｅ
ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｆｉｎｄ ｏｕｔ ｔｈｅ ｓｐｌｉｔ－ｔｅｎｓｉｌｅ ｓ№ｎｇｔｈ ｏｆ ＲＣＣ ａｎｄ ｉｔｓ ｓｉｚｅ ｅｆｆｅｃｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ
情况分 别见图４。
№．４
图４试件劈拉破坏裂纹分布图
Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｐｌｉｔ－ｔｅｎｓｉｏｎ ｃｒａｃｋ ｏｆ ｓｐｅｃｉｍｅｎ
不同试件尺寸的劈裂抗拉强度（平均值）及其相
对值列于表３。从表３中可以看出，劈裂抗拉强度随 试件尺寸的加大降低。
表３碾压混凝土试件尺寸对劈拉强度的影响
Ｔａｂ．３
综合文献［８～１０］及有关试验资料［１１１后，随机骨 料模型材料性能的取值见表１。
万方数据
羹鬻 小／，Ｏ
图１随机颗粒分布图
№．１ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｎｄｏｍ
图２有限元网格剖分图 ｒｉｇ．２ Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ咖ｄ８
ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ
表１随机骨料模型材料性能 Ｔａｂ．１ Ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｒａｎｄｏｍ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｍｏｄｅｌ
（２）碾压混凝土试件劈拉强度存在明显的尺寸效 应这一点和一般试验规律基本吻合。
（３）仿真模拟计算得到的劈裂抗拉强度与桃林口 水库试验中的劈裂抗拉强度值基本吻合，表明这种随 机骨料模型具有广泛的应用前景，为碾压混凝土结构 的细观力学性能研究提供了一条新的途径。
（４）数值计算所采用的随机生成骨料结构的方 法，是一种研究碾压混凝土细观损伤断裂的有效工 具。
第２５卷
图３碾压混凝土模拟试件劈裂抗拉破坏裂纹分布图
啦．３ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｓｐｌｉｔ－ｔｅｎｓｉｏｎ
ｃｒａｃｋ ｏｆ ＲＣＣ ｓｐｅｃｉｍｅｎ
完全破坏。
３劈裂抗拉强度尺寸效应
为了模拟碾压混凝土劈裂抗拉试验的尺寸效应， 再取２５．１ ｃｍ×２５．１ ｃｍ和３３．４ ｃｍ ｘ ３３．４ ｃｍ两种不同 尺寸的试件进行计算。２５．１ ｃｍｘ２５．１ ｃｍ、３３．４ ＣＢ× ３３．４ ｃｍ碾压混凝土模拟试件劈裂抗拉破坏时的裂纹
２劈裂抗拉数值模拟
２．１ 劈裂抗拉强度数值模拟计算
劈裂抗拉强度按式（１）计算：
ｐ
Ｒｐｌ＝０．６３７｝，
（１）
．ｒｉｏ
式中，尺ｄ为试样的劈裂抗拉强度；Ｐ为破坏荷载；Ａ。
为劈裂面积。
对河北省桃林口水库碾压混凝土试件进行了劈裂
抗拉强度试验［１¨。劈裂抗拉强度试样３６个，最大值
３．８４ ＭＰａ，最小值１．２６ ＭＰａ，平均值为２．７１ ＭＰａ。模拟
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｏａｄ ｅｎＳｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｒｏｌｌｅｒ ｃｏｍｐａｃｔｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ＦＥＭ；ｓｐｌｉｔ－ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｓｉｚｅ ｅｆｆｅｃｔ
０引言
碾压混凝土作为一种工程材料，在路基工程、水 电工程中应用比较广泛。室内进行碾压混凝土力学性
能试验研究中采用的试件尺寸由于测试条件限制，难 以接近实际尺度，而进行大尺度试验受到技术上和资 金上的限制。目前计算机技术的发展，为从细观层次 研究宏观层次的力学问题开辟了广阔的前景。国际上
凝土试件受劈裂抗拉时，因粘结带的强度比硬化水泥 砂浆的强度低，所以靠近层面的粘结带单元先破坏， 随后裂缝沿碾压混凝土的层面扩展开来，直到破坏。 同时可以看出裂纹起源于荷载作用点处，然后沿着荷 载作用面传播；破坏先是在粘结带进行，在其大部破 坏以后，破坏区转移到层面，最后直到粘结带和层面
公路交通科技
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ＲＣＣ ｓｐｅｃｉｍｅｎ ０１１
ｓｌ】耐 ｓｐｌｉｔ－ｔｅｎｓｉｌｅ
清华大学、河海大学、大连理工大学和水利部成 都勘测设计院共同迸行常规混凝土材料研究的二滩混
凝土劈裂抗拉强度试验的成果０１２－如表４所示。 对常规碾压混凝土试验成果和混凝土的模拟计算 成果进行对比，可以看出表３与表４的变化规律较为
采用混凝土随机骨料模拟技术［２’３］及有限元数值 分析技术，在细观层次上重点研究了碾压混凝土的劈 裂抗拉强度及其破坏机理，并对其尺寸效应进行了研 究。
１计算模型
１．１随机骨料模型 把混凝土视为由粗骨料、水泥砂浆及两者界面粘
结带组成的复合材料。骨料分成细骨料和粗骨料，骨 料的大小可用颗粒分配曲线表示。假定其颗粒为球 状，可借助于富勒（Ｆｕｌｌｅｒ）抛物线确定骨料颗粒的 三维级配曲线，由该级配浇注的混凝土可产生优化的 结构密度和强度。