留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

骨料粒径对混凝土劈拉性能及尺寸效应影响的细观数值研究

杜敏 金浏 李冬 杜修力

杜敏, 金浏, 李冬, 杜修力. 骨料粒径对混凝土劈拉性能及尺寸效应影响的细观数值研究[J]. 工程力学, 2017, 34(9): 54-63. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.02.0122
引用本文: 杜敏, 金浏, 李冬, 杜修力. 骨料粒径对混凝土劈拉性能及尺寸效应影响的细观数值研究[J]. 工程力学, 2017, 34(9): 54-63. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.02.0122
DU Min, JIN Liu, LI Dong, DU Xiu-li. MESOSCOPIC SIMULATION STUDY OF THE INFLUENCE OF AGGREGATE SIZE ON MECHANICAL PROPERTIES AND SPECIMEN SIZE EFFECT OF CONCRETE SUBJECTED TO SPLITTING TENSILE LOADING[J]. Engineering Mechanics, 2017, 34(9): 54-63. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.02.0122
Citation: DU Min, JIN Liu, LI Dong, DU Xiu-li. MESOSCOPIC SIMULATION STUDY OF THE INFLUENCE OF AGGREGATE SIZE ON MECHANICAL PROPERTIES AND SPECIMEN SIZE EFFECT OF CONCRETE SUBJECTED TO SPLITTING TENSILE LOADING[J]. Engineering Mechanics, 2017, 34(9): 54-63. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.02.0122

骨料粒径对混凝土劈拉性能及尺寸效应影响的细观数值研究

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.02.0122
基金项目: 国家自然科学基金创新研究群体项目(51421005);国家自然科学基金项目(51408127);教育部创新团队项目(IRT13044)
详细信息
    作者简介:

    杜敏(1978-),女,辽宁阜新人,副教授,博士生,主要从事混凝土及混凝土结构领域研究(E-mail:dumin2001@163.com);李冬(1988-),男,北京人,助理研究员,博士,主要从事混凝土及混凝土结构领域研究(E-mail:winte_lee@126.com);杜修力(1962-),男,四川广安人,教授,博士,博导,主要从事地震工程领域研究(E-mail:duxiuli@bjut.edu.cn).

    通讯作者: 金浏(1985-),男,江苏泗阳人,教授,博士,博导,主要从事混凝土及混凝土结构领域研究(E-mail:kinglew2007@163.com).
  • 中图分类号: TU528.01

MESOSCOPIC SIMULATION STUDY OF THE INFLUENCE OF AGGREGATE SIZE ON MECHANICAL PROPERTIES AND SPECIMEN SIZE EFFECT OF CONCRETE SUBJECTED TO SPLITTING TENSILE LOADING

  • 摘要: 混凝土材料宏观力学行为的非线性及尺寸效应根源于其内部组成的非均质性。考虑材料细观结构非均质性的影响,建立由骨料颗粒、砂浆基质和界面过渡区组成的混凝土细观尺度力学模型。对尺寸为150 mm、250 mm、350 mm和450 mm的混凝土立方体模型劈裂抗拉破坏行为进行细观数值模拟,探讨骨料粒径(最大粒径分别为:10 mm、20 mm、30 mm和40 mm)的影响机制,并与试验结果进行对比分析。结果表明:1) 混凝土材料的劈裂抗拉强度随着骨料粒径增大而略微降低,最大骨料粒径达到30 mm左右时,强度降低趋势变缓;2) 四种骨料粒径下混凝土立方体劈裂抗拉强度均存在尺寸效应现象,相比于大骨料试件,小骨料试件的破坏更具脆性,因而其尺寸效应更显著;3) 混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应行为与 Ba?ant和Weibull提出的尺寸效应理论相吻合。
  • [1] Weibull W. A statistical distribution function of wide applicability[J]. ASME Journal of Applied Mechanics, 1951, 18(2):293-297.
    [2] Hoover C G, Bazant Z P. Comprehensive concrete fracture tests:size effects of types 1& 2, crack length effect and postpeak[J]. Engineering Fracture Mechanics, 2013, 110(2):281-289.
    [3] Carpinteri A, Spagnoli A, Vantadori S. A multifractal analysis of fatigue crack growth and its application to concrete[J]. Engineering Fracture Mechanics, 2010, 77(6):974-984.
    [4] Sim J, Yang K H, Jeon J K. Influence of aggregate size on the compressive size effect according to different concrete types[J]. Construction and Building Materials, 2013, 44(7):716-725.
    [5] Hoover C G, Bazant Z P. Universal size-shape effect law based on comprehensive concrete fracture tests[J]. ASCE Journal of Engineering Mechanics, 2014, 140(3):473-479.
    [6] Xuan H V, Laurent D, Yann M. Effect of coarse aggregate size and cement paste volume on concrete behavior under high triaxial compression loading[J]. Construction and Building Materials, 2011, 25(10):3941-3949.
    [7] Ince R, Arici E. Size effect in bearing strength of concrete cubes[J]. Construction and Building Materials, 2004, 18(8):603-609.
    [8] Olesen J F, Ostergaard L, Stang H. Nonlinear fracture mechanics and plasticity of the split cylinder test[J]. Materials and Structures, 2006, 39(4):421-432.
    [9] Bazant Z P, Kazemi M T, Hasegawa T, Mazars J. Size effect in Brazilian split-cylinder tests:Measurements and fracture analysis[J]. ACI Materials Journal, 1991, 88(3):325-332.
    [10] 周红. 混凝土强度尺寸效应的试验研究[D]. 大连:大连理工大学, 2010. Zhou Hong. Experimental study on size effect on concrete strength[D]. Dalian:Dalian University of Technology, 2010. (in Chinese)
    [11] Zhou F P, Balendran R V, Jeary A P. Size effect on flexural, splitting tensile, and torsional strengths of high-strength concrete[J]. Cement and Concrete Research, 1998, 28(12):1725-1736.
    [12] 杜修力, 金浏. 混凝土材料宏观力学特性分析的细观单元等效化模型[J]. 计算力学学报, 2012, 29(5):654-661. Du Xiuli, Jin Liu. Meso-element equivalent model for macro-scopic mechanical properties analysis of concrete material[J]. Chinese Journal of Computational Mechanics, 2012, 29(5):654-661. (in Chinese)
    [13] Elices M, Rocco C G. Effect of aggregate size on the fracture and mechanical properties of a simple concrete[J]. Engineering Fracture Mechanics, 2008, 75(13):3839-3851.
    [14] Li Q, Deng Z, Fu H. Effect of aggregate type on mechanical behavior of dam concrete[J]. ACI Materials Journal, 2004, 101(6):483-492.
    [15] Rao G A, Raghu Prasad B K. Fracture energy and softening behavior of high-strength concrete[J]. Cement and Concrete Research, 2002, 32(2):247-252.
    [16] Chen B, Liu J. Effect of aggregate on the fracture behavior of high strength concrete[J]. Construction and Building Materials, 2004, 18(8):585-590.
    [17] JCJ 53-92, 普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法[S]. 北京:中国建筑工业出版社, 1994. JCJ 53-92, Technical requirements and tests method of gravel and crushed stone for ordinary concrete[S]. Beijing:China Building Industry Press, 1994. (in Chinese)
    [18] GB/T 50081-2002, 普通混凝土力学性能试验方法标准[S]. 北京:中国建筑工业出版社, 2003. GB/T 50081-2002, Standard for test method of mechanical properties on ordinary concrete[S]. Beijing:China Building Industry Press, 2003. (in Chinese)
    [19] Šavija B, Lukovic M, Pacheco J, Schlangen E. Cracking of the concrete cover due to reinforcement corrosion:a two-dimensional lattice model study[J]. Construction and Building Materials, 2013, 44(44):626-638.
    [20] Grassl P, Grégoire David, Solano L R, Cabot G P. Meso-scale modeling of the size effect on the fracture process zone of concrete[J]. International Journal of Solids and Structures, 2012, 49(13):1818-1827.
    [21] 王立成, 邢立坤, 宋玉普. 混凝土劈裂抗拉强度和弯曲抗拉强度尺寸效应的细观数值分析[J]. 工程力学, 2014, 31(10):69-76. Wang Licheng, Xing Likun, Song Yupu. Mesoscale modeling on size effect of splitting tensile strength and flexural compressive strength of concrete[J]. Engineering Mechanics, 2014, 31(10):69-76. (in Chinese)
    [22] Unger J F, Eckardt S. Multiscale modeling of concrete[J]. Archives of Computational Methods in Engineering, 2011, 18(3):341-393.
    [23] 陈惠苏, 孙伟, Stroeven Piet. 水泥基复合材料与浆体界面研究综述:界面微观结构的形成、劣化机理及其影响因素[J]. 硅酸盐学报, 2004, 32(1):70-79. Chen Huisu, Sun Wei, Stroeven Piet. Interfacial transition zone between aggregate and paste in cementitious composites:Mechanism of formation and degradation of interfacial transition zone microstructure, and its influence factors[J]. Journal of the Chinese Ceramic Society, 2004, 32(1):70-79. (in Chinese)
    [24] 杜修力, 金浏. 考虑过渡区界面影响的混凝土宏观力学性质研究[J]. 工程力学, 2012, 29(12):72-79. Du Xiuli, Jin Liu. Research on the influence of the interfacial transition zone on the macro-mechanical properties of concrete[J]. Engineering Mechanics, 2012, 29(12):72-79. (in Chinese)
    [25] Yu T, Teng J G, Wong Y L, Dong S L. Finite element modeling of confined concrete-Ⅱ:Plastic-damage model[J]. Engineering Structures, 2010, 32(3):680-691.
    [26] Grote D L, Park S W, Zhou M.Dynamic behavior of concrete at high strain-rates and pressures:I. Experimental characterization[J]. International Journal of Impact Engineering, 2001, 25(9):869-886.
    [27] 金浏, 杜修力. 加载速率及其突变对混凝土压缩破坏影响的数值研究[J]. 振动与冲击, 2014, 33(19):187-193. Jin Liu, Du Xiuli. Effects of loading rate and its sudden change on concrete compressive failure[J]. Journal of Vibration and Shock, 2014, 33(19):187-193. (in Chinese)
    [28] Kim S M, Abu Al-Rub R K. Meso-scale computational modeling of the plastic damage response of cementitious composites[J]. Cement and Concrete Research, 2011, 41(3):339-358.
    [29] Hoover C G, Bazant Z P, Vorel J, Wender R, Hubler M H. Comprehensive concrete fracture tests:description and results[J]. Engineering Fracture Mechanics, 2013, 114:92-103.
    [30] Hoover C G, Bazant Z P. Cohesive crack, size effect, crack band and work-of-fracture models compared to comprehensive concrete fracture tests[J]. International Journal of Fracture, 2014, 187(1):133-143.
    [31] ONO S. Thermal cracking control in mass concrete[C]. Akita University, Proceedings of the Fourth International Conference on Materials Engineering Resources, 2001, 18(1):71-76.
    [32] 唐新薇, 石建军, 郭长青, 张楚汉. 自密实混凝土强度尺寸效应的试验与数值仿真[J]. 水力发电学报, 2011, 30(3):145-150. Tang Xinwei, Shi Jianjun, Guo Changqing, Zhang Chuhan. Tests and numerical simulation of size effect on the strength of self-compacting concrete[J]. Journal of Hydroelectric Engineering, 2011, 30(3):145-150. (in Chinese)
  • [1] 金浏, 杨旺贤, 余文轩, 杜修力.  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 . 工程力学, 2020, 37(3): 56-65. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0012
    [2] 金浏, 蒋轩昂, 杜修力.  轻骨料无腹筋混凝土梁剪切破坏及尺寸效应:细观模拟 . 工程力学, 2020, 37(): 1-11. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.0253
    [3] 魏慧, 吴涛, 刘洋, 刘喜.  考虑尺寸效应的深受弯构件受剪模型分析 . 工程力学, 2019, 36(5): 130-136. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.03.0169
    [4] 李冬, 金浏, 杜修力, 刘晶波, 张帅, 余文轩.  考虑细观组分影响的混凝土宏观力学性能理论预测模型 . 工程力学, 2019, 36(5): 67-75. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.12.0996
    [5] 金浏, 余文轩, 杜修力, 张帅, 李冬.  低应变率下混凝土动态拉伸破坏尺寸效应细观模拟 . 工程力学, 2019, 36(8): 59-69,78. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.03.0144
    [6] 金浏, 余文轩, 杜修力, 张帅, 杨旺贤, 李冬.  基于细观模拟的混凝土动态压缩强度尺寸效应研究 . 工程力学, 2019, 36(11): 50-61. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0363
    [7] 张帅, 金浏, 李冬, 杜修力.  结构尺寸对钢筋混凝土短柱抗震性能影响:细观分析 . 工程力学, 2018, 35(12): 164-174. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.10.0765
    [8] 金浏, 杜敏, 杜修力, 李振宝.  箍筋约束混凝土圆柱轴压破坏尺寸效应行为 . 工程力学, 2018, 35(5): 93-101. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.01.0036
    [9] 金浏, 苏晓, 杜修力.  钢筋混凝土梁受弯破坏及尺寸效应的细观模拟分析 . 工程力学, 2018, 35(10): 27-36. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0436
    [10] 李冬, 金浏, 杜修力.  轴压加载下高强钢筋混凝土柱尺寸效应试验研究 . 工程力学, 2017, 34(4): 49-56,71. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0744
    [11] 管俊峰, 王强, HU Xiaozhi, 白卫峰, 姜斌.  考虑骨料尺寸的混凝土岩石边界效应断裂模型 . 工程力学, 2017, 34(12): 22-30. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.08.0652
    [12] 李冬, 金浏, 杜修力, 卢爱贞.  钢筋混凝土柱偏心受压力学性能的细观数值研究 . 工程力学, 2016, 33(7): 65-72. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.05.0391
    [13] 夏明锬, 徐远杰, 楚锡华.  一种考虑尺寸效应的颗粒材料流变模型及其验证 . 工程力学, 2015, 32(7): 176-183. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0615
    [14] 王立成, 邢立坤, 宋玉普.  混凝土劈裂抗拉强度和弯曲抗压强度尺寸效应的细观数值分析 . 工程力学, 2014, 31(10): 69-76. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.03.0259
    [15] 赵艳华, 杨树桐, 韩 飞, 陈 晋.  混凝土紧凑拉伸试件断裂韧度计算模型 . 工程力学, 2009, 26(12): 127-132.
    [16] 孙 亮, 王 珺, 韩平畴.  基于AFM的PCL纳米纤维动力学实验和尺寸效应研究 . 工程力学, 2009, 26(8): 228-232.
    [17] 赵艳华, 聂玉强, 徐世烺.  混凝土断裂能的边界效应确定法 . 工程力学, 2007, 24(1): 0-061.
    [18] 黄煜镔, 钱觉时, 周小平.  基于强度尺寸效应的准脆性材料脆性指标研究 . 工程力学, 2006, 23(1): 38-42,5.
    [19] 庄青峰, 冯乃谦.  加气混凝土断裂能测定的尺寸效应 . 工程力学, 1995, 12(1): 30-38.
    [20] 吴智敏, 赵国藩.  混凝土非线性断裂韧度 GIc及其尺寸效应 . 工程力学, 1995, 12(4): 9-16.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  102
  • HTML全文浏览量:  0
  • PDF下载量:  101
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-02-24
  • 修回日期:  2016-06-27
  • 刊出日期:  2017-09-25

骨料粒径对混凝土劈拉性能及尺寸效应影响的细观数值研究

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.02.0122
    基金项目:  国家自然科学基金创新研究群体项目(51421005);国家自然科学基金项目(51408127);教育部创新团队项目(IRT13044)
    作者简介:

    杜敏(1978-),女,辽宁阜新人,副教授,博士生,主要从事混凝土及混凝土结构领域研究(E-mail:dumin2001@163.com);李冬(1988-),男,北京人,助理研究员,博士,主要从事混凝土及混凝土结构领域研究(E-mail:winte_lee@126.com);杜修力(1962-),男,四川广安人,教授,博士,博导,主要从事地震工程领域研究(E-mail:duxiuli@bjut.edu.cn).

    通讯作者: 金浏(1985-),男,江苏泗阳人,教授,博士,博导,主要从事混凝土及混凝土结构领域研究(E-mail:kinglew2007@163.com).
  • 中图分类号: TU528.01

摘要: 混凝土材料宏观力学行为的非线性及尺寸效应根源于其内部组成的非均质性。考虑材料细观结构非均质性的影响,建立由骨料颗粒、砂浆基质和界面过渡区组成的混凝土细观尺度力学模型。对尺寸为150 mm、250 mm、350 mm和450 mm的混凝土立方体模型劈裂抗拉破坏行为进行细观数值模拟,探讨骨料粒径(最大粒径分别为:10 mm、20 mm、30 mm和40 mm)的影响机制,并与试验结果进行对比分析。结果表明:1) 混凝土材料的劈裂抗拉强度随着骨料粒径增大而略微降低,最大骨料粒径达到30 mm左右时,强度降低趋势变缓;2) 四种骨料粒径下混凝土立方体劈裂抗拉强度均存在尺寸效应现象,相比于大骨料试件,小骨料试件的破坏更具脆性,因而其尺寸效应更显著;3) 混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应行为与 Ba?ant和Weibull提出的尺寸效应理论相吻合。

English Abstract

杜敏, 金浏, 李冬, 杜修力. 骨料粒径对混凝土劈拉性能及尺寸效应影响的细观数值研究[J]. 工程力学, 2017, 34(9): 54-63. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.02.0122
引用本文: 杜敏, 金浏, 李冬, 杜修力. 骨料粒径对混凝土劈拉性能及尺寸效应影响的细观数值研究[J]. 工程力学, 2017, 34(9): 54-63. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.02.0122
DU Min, JIN Liu, LI Dong, DU Xiu-li. MESOSCOPIC SIMULATION STUDY OF THE INFLUENCE OF AGGREGATE SIZE ON MECHANICAL PROPERTIES AND SPECIMEN SIZE EFFECT OF CONCRETE SUBJECTED TO SPLITTING TENSILE LOADING[J]. Engineering Mechanics, 2017, 34(9): 54-63. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.02.0122
Citation: DU Min, JIN Liu, LI Dong, DU Xiu-li. MESOSCOPIC SIMULATION STUDY OF THE INFLUENCE OF AGGREGATE SIZE ON MECHANICAL PROPERTIES AND SPECIMEN SIZE EFFECT OF CONCRETE SUBJECTED TO SPLITTING TENSILE LOADING[J]. Engineering Mechanics, 2017, 34(9): 54-63. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.02.0122
参考文献 (32)

目录

    /

    返回文章
    返回