基于细观力学理论的混凝土力学性能研究

论文摘要

对混凝土力学性能的研究主要还是建立在宏观的力学实验基础之上,通过对混凝土宏观力学性能指标的观测对比,定性地分析混凝土微结构的形成对混凝土宏观力学性能的影响。缺乏理论的推导和分析,难以建立两者之间的量化关系。而数值分析研究则是具体问题具体分析,也无法建立混凝土微结构参数与其力学性能之间的量化关系。细观平均场理论在预测刚度性质方面能得到理想的结果,并能给出各相均匀应力与微结构参数的解析关系式,然而在强度分析方面精度不够。而目前的各种强度理论虽然能够给出混凝土在复杂应力状态下的强度破坏准则,但强度理论的给出要么是通过试验数据的拟合得出要么是通过理论假设结合少量试验点推导得出,无法反映细观结构参数对混凝土强度的影响。本文采用细观力学平均场理论与弹性理论相结合来研究平面问题下混凝土的微结构与其力学性能之间的量化关系。首先在考虑界面过渡区的情况下建立混凝土三相细观力学模型;运用弹性理论计算在外载荷作用下混凝土单元块的各相应力应变;运用平均场理论计算宏观载荷作用下水泥浆体的平均应力;最后以水泥浆体的平均应力作为混凝土单元块外场力,结合弹性理论基本解同时在考虑混凝土内约束的作用下给出了以混凝土中骨料的体积分数及两者弹性模量比为变量参数的混凝土早期裂缝判定准则。通过算例的理论解与数值解的对比分析表明该准则具有一定的工程实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究目的和意义
• 1.2 混凝土细观力学的研究概况
• 1.2.1 混凝土细观力学数值模拟
• 1.2.2 混凝土细观力学试验研究
• 1.2.3 细观层次混凝土损伤的本构关系的研究
• 1.2.4 混凝土有效模量及平均应力、应变的研究
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 复合材料细观力学分析的基础理论
• 2.1 复合材料细观力学的研究概况
• 2.2 复合材料细观力学基础
• 2.2.1 各向同性材料的本构模型
• 2.2.2 Eshelby等效夹杂原理
• 2.2.3 稀疏估计
• 2.2.4 自洽法（SCM）
• 2.2.5 广义自洽方法
• 2.2.6 Mori-Tanaka模型
• 第三章 建立混凝土三相细观力学模型
• 3.1 混凝土细观力学模型研究概况
• 3.2 混凝土界面过渡区的研究
• 3.2.1 关于界面过渡区成因分析的两种假说
• 3.2.2 界面过渡区的微观结构
• 3.2.3 界面过渡区的理论模型
• 3.3 建立混凝土三相细观力学模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 混凝土单元块各相主应力计算
• 4.1 计算混凝土单元块中各相应力场
• 4.1.1 单元块受均布荷载
• 4.1.2 当混凝土单元块外表面受到竖向压力及水平方向拉力
• 4.1.3 混凝土块外表面受剪力
• 4.2 计算混凝土主应力
• 4.2.1 计算最大主应力随轴向坐标r变化
• 4.2.2 计算最大主应力随弹性模量比变化
• 4.3 分析界面过渡区对水泥浆体应力分布的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 平均场理论计算水泥浆体平均应力
• 5.1 平面应变圆形夹杂问题Eshelby张量计算
• 5.2 稀疏法计算混凝土平面内有效模量
• 5.3 计算水泥浆体的平均应力
• 5.4 本章小结
• 第六章 混凝土早期裂缝判定
• 6.1 引言
• 6.2 混凝土在内约束作用下的开裂机理剖析
• 6.2.1 内约束开裂机理
• 6.2.2 内应力公式推导
• 6.3 混凝土早期裂缝判定准则
• 6.3.1 单轴拉伸
• 6.3.2 均匀受剪
• 6.4 算例分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 总结
• 7.1.1 主要结论
• 7.1.2 理论研究中的创新
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果