再生混凝土抗压试验的数值模拟与等效抗压强度折减系数研究

论文摘要

本文提出将再生粗骨料分为原状石子和附着砂浆石子,考虑旧硬化水泥砂浆块的影响,应用ANSYS的APDL参数化编程,结合蒙特卡罗方法和富勒级配理论,从细观层次上生成再生混凝土各类骨料的二维圆形与三维球形随机骨料模型,建立起基于细观结构模型的再生混凝土数值模拟试件;基于数值试件进行了再生混凝土抗压试验的数值模拟,较为系统的分析了再生粗骨料细观结构对再生混凝土抗压强度的影响;文中提出了一种再生混凝土抗压强度等效于普通混凝土抗压强的折减系数理论模型,基于模拟试验的方法研究了再生混凝土等效抗压强度折减系数的理论模型和计算公式。1.本文探索性地提出在考虑再生粗骨料主要成分的同时,也考虑旧硬化水泥砂浆块的影响,力求更真实的反映再生混凝土细观结构的复杂性,通过分批投放的方法,建立了基于再生混凝土随机骨料模型的数值试件。2.基于再生混凝土随机骨料模型建立的数值试件,本文模拟了再生混凝土立方体与棱柱体的抗压试验,演示了数值试件在各级荷载下的应变与裂缝分布,并将模拟试验的应力—应变曲线与真实试验的应力—应变曲线进行了对比分析。3.基于再生混凝土随机骨料模型建立的数值试件,本文模拟了各相材料不同参数组合下的抗压试验,通过对模拟试验结果进行统计分析与正交分析,研究了各种因素对试件宏观抗压性能的影响规律及其显著性。4.基于再生混凝土的模拟试验方法,在理想假设的基础上,本文探索性地提出一种再生混凝土抗压强度等效于普通混凝土抗压强的折减系数理论模型,研究了再生混凝土等效抗压强度折减系数理论模型的计算公式,并结合真实试验结果检验该折减系数的有效程度。5.在分析再生混凝土粗骨料分级方法的基础上,应用等效抗压强度折减系数理论模型的研究成果,本文探索性的提出应用折减系数预测某批次再生粗骨料制拌的再生混凝土(再生粗骨料取代率100%)的立方体抗压强度的方法与操作流程。本文基于模拟试验所研究的再生混凝土等效抗压强度折减系数的理论模型为预测再生混凝土强度提供了一种方法,为同类研究提供了新思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 再生混凝土发展概述
• 1.1.2 再生混凝土研究现状及问题的提出
• 1.2 混凝土数值模拟的研究与应用
• 1.2.1 研究层次的划分
• 1.2.2 混凝土细观模型的发展
• 1.2.3 混凝土细观力学试验的研究现状
• 1.2.4 普通混凝土数值模拟的应用
• 1.2.5 再生混凝土数值模拟的应用
• 1.3 本文的研究意义及主要工作
• 1.4 本文研究路线
• 第二章 再生混凝土单轴受压试验
• 2.1 引言
• 2.2 试验设计与试验过程
• 2.2.1 试验原材料
• 2.2.2 再生混凝土的配合比
• 2.2.3 再生混凝土试件的制作与养护
• 2.2.4 试验设备与加载方法
• 2.3 试验结果及分析
• 2.3.1 受压破坏特征
• 2.3.2 受压试验结果
• 2.3.3 试验结果分析
• 2.3.4 棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的换算
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于随机骨料模型的再生混凝土数值试件
• 3.1 引言
• 3.2 再生混凝土各相材料本构
• 3.2.1 再生混凝土细观构造
• 3.2.2 天然粗骨料本构
• 3.2.3 硬化水泥砂浆本构
• 3.2.4 界面过渡区理论
• 3.3 再生混凝土数值试件的建立与加载
• 3.3.1 蒙特卡罗方法
• 3.3.2 富勒级配理论
• 3.3.3 再生粗骨料的生成
• 3.3.4 数值试件的建立
• 3.3.5 数值试件的加载
• 3.4 有限元分析流程
• 3.5 本章小结
• 第四章 再生混凝土抗压试验的数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 再生混凝土各相材料参数取值
• 4.2.1 天然骨料的材料参数
• 4.2.2 新硬化水泥砂浆的材料参数
• 4.2.3 附着砂浆厚度代表值
• 4.2.4 附着砂浆强度代表值
• 4.3 立方体抗压试验的数值模拟
• 4.3.1 立方体各级荷载下的裂缝分布
• 4.3.2 模拟与试验的对比分析
• 4.4 棱柱体抗压试验的数值模拟
• 4.4.1 棱柱体各级荷载下的裂缝分布
• 4.4.2 模拟与试验的对比分析
• 4.5 影响因素的分析与显著性检验
• 4.5.1 影响因素的统计分析
• 4.5.2 影响因素的正交分析与显著性检验
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于模拟试验的再生混凝土等效抗压强度折减系数研究
• 5.1 引言
• 5.2 再生混凝土等效抗压强度折减系数的概念
• 5.3 等效抗压强度折减系数的理论模型
• 5.3.1 理论模型推导
• 5.3.2 基于理论模型的立方体等效抗压强度折减系数
• 5.3.3 棱柱体抗压强度折减系数
• 5.4 等效抗压强度折减系数的工程应用
• 5.4.1 再生粗骨料的分级方法
• 5.4.2 抗压强度折减系数取值表
• 5.4.3 等效抗压强度折减系数的检验
• 5.4.4 应用方法与操作流程
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录