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《大连理工大学》 2010年
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钢筋混凝土力学性能的细观数值模拟研究

侯宇星  
【摘要】: 随着计算机技术的不断发展,近些年来数值分析方法已经越来越多的应用于高耸、大跨等大型结构工程的分析计算中。在众多数值分析方法中,刚体弹簧元法以其在模拟混凝土裂缝发生、扩展以及计算裂缝宽度上的优势,成为一种发展潜力巨大的数值分析方法。本文采用刚体弹簧元法,模拟分析了混凝土及钢筋混凝土构件在静态加载作用下的力学性能及裂缝扩展特征,并将模拟结果与实验数据进行对比,验证了刚体弹簧元法应用于钢筋混凝土力学性能模拟上的有效性和可行性。本文开展的具体工作如下: 1.提出了一种以改进面积判别准则和凸多边形生长方式为基础的二维混凝土骨料随机生成算法。在骨料生成过程中,通过对骨料延伸条件的改进和定点位置条件的限定,改进了程序的可执行性,提高了随机多边形骨料的生成效率。通过对轴向拉压计算实例,对比分析了不同骨料形状(圆形和多边形)对于混凝土试件单轴抗压、抗拉力学性能的影响。结果表明,圆形骨料试件抗拉、抗压能力略高于多边形骨料试件,骨料形状对于混凝土试件拉压力学性能数值模拟结果的影响很小。 2.分析了三种不同软化本构关系(无软化、线性软化、双线性软化)对于混凝土力学性能数值计算结果的影响。结果证明,由于混凝土是非理想脆性材料,软化段的设置可使混凝土破坏的模拟过程更接近于实际情况。通过对立方体试件受拉、受压以及混凝土梁三点受弯破坏过程的数值分析,对比数值模拟结果与实验数据可以得出,在适当取值的情况下,双线性软化本构关系可以较为精确地模拟混凝土的破坏过程,所得荷载、位移值也与实验值较为接近。 3.提出了一种改进的描述钢筋混凝土破坏行为的细观数值方法。在该方法中,混凝土材料采用细观刚体弹簧元模型,钢筋采用梁单元模拟,混凝土与钢筋之间的连接采用弹簧单元以模拟二者之间的相对变形。通过对钢筋混凝土受拉及三点受弯试件受力过程的细观数值分析,系统研究了混凝土斜截面破坏的开裂过程和裂缝分布规律。通过与试验结果的对比表明:该方法可较为准确的模拟钢筋混凝土破坏的开裂趋势和裂缝的分布情况,模拟结果与实验值拟合良好。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TU375

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