随机力学参量对混凝土细观损伤演化的影响.pdf
《随机力学参量对混凝土细观损伤演化的影响.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《随机力学参量对混凝土细观损伤演化的影响.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 2 7卷 第 4期 2 0 1 0年 1 2月 建 筑科 学与 J o u r n a l o f Ar c h i t e c t u r e 工程 学报 a n d Ci v i l En g i n e e r i n g Vo1 2 7 NO 4 De c 2 O1 0 文章编号 : 1 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 O ) 0 4 0 0 0 1 0 6 O 随机 力学参量对 混凝 土细观 损伤 演化 的影响 丰茂 东 。 , 李 ( 1 大连理工大学 建设工 程学 部 , 辽宁大连 建波 , 林 皋 , 刘智光 1 1 6 0 2 4 ; 2 大连都市发展设计 有
2、限公司 , 辽宁大连1 1 6 0 1 2 ) 摘 要 : 基 于随 机骨料 细观 数值 模 型和 弹脆性 损伤 破 坏本 构模 型 , 研 究 了弹 性 模 量 、 拉 压 强度 等 随机 参量及其组合形式对试件宏观拉压强度的影响 。结果表明: 以弹性模量和强度的乘积作 为一个综 合 随机参 量 , 并 以相 关 系数 来反 映 它们 之 间 的 关 系, 较 之 传 统 独 立 考 虑 弹性 模 量 和 强 度 的 随机 分 布 , 可获得 更 为合理 的试 件拉 压损 伤破 坏 全 曲线 , 并与试验 曲线有较 好 的 吻合性 。 关键 词 : 混凝 土 ; 综合 随机 参 量 ; 细观
3、 数 值模 拟 ; 细观损 伤 ; 相 关 系数 中 图分 类号 : TU5 2 8 O 4 1 文献标 志码 : A I nf l u e n c e o f S t o c h a s t i c M e c h a ni c a l Pa r a m e t e r s o n M e s o d a m a g e Ev o l u t i o n o f Co n c r e t e FENG Ma o d o n g ,L I J i a n b o ,L I N Ga o ,L I U Z h i g u a n g (1 Fa c u l t y o f I n f r a s
4、 t r uc t u r e Engi ne e r i ng,Da l i a n Uni v e r s i t y of Te c hn ol o gy,Da l i a n 1 16 02 4,Li a on i n g,Chi na; 2 Da l i a n Ur b a n De v e l o p m e n t De s i g n C o ,L t d ,Da l i a n 1 1 6 0 1 2 ,L i a o n i n g ,Ch i n a ) Ab s t r a c t : Ba s e d o n t he m e s o s c o pi c r a
5、nd om a g gr e g a t e mo de l a n d br i t t l e da ma g e c o ns t i t u t i v e mo de l , t he i nf l ue n c e s o f r a nd o m p a r a m e t e r s, s uc h a s e l a s t i c m o d ul us , t e ns i o n c o mpr e s s i o n s t r e n gt h a nd t he i r c o m b i n at i o ns on t he ma c r o t e ns i
6、 on c o m pr e s s i o n s t r e ng t h o f s p e c i me n we r e s t ud i e d Re s ul t s s ho w t ha t s e p a r a t e l y c o ns i de r i ng t he r a n do m d i s t r i bu t i o n of e l a s t i c mod ul us a nd s t r e n gt h,mo r e r e a s o na b l e t e n s i o n c omp r e s s i o n da ma g e
7、c ur v e o f s p e c i m e n i s ob t a i ne d b y u t i l i z i ng t h e p r o d u c t o f t h e s t r e n g t h a n d e l a s t i c mo d u l u s a s i n t e g r a t e d r a n d o m p a r a me t e r o f t h e me s o e l e me n t Fu r t h e r mo r e,t h e c or r e l a t i on c o e f f i c i e n t i
8、s i nt r o du c e d t o r e f l e c t t h e r e l a t i ons h i p be t we e n t h e s t r e n g t h a n d e l a s t i c mo d u l u s ,t h e o b t a i n e d n u me r i c a l r e s u l t s h o ws a g o o d c o i n c i d e n c e wi t h t h e e x pe r i m e n t r e s u l t Ke y wo r ds :c o nc r e t e;i
9、 nt e g r a t e d r a nd o m pa r a me t e r;me s o s c op i c nume r i c a l s i m u l a t i o n;me s os c op i c d a m a ge;c or r e l a t i o n c o e f f i c i e n t 引 目 近年来 , 通 过混 凝 土力 学性 能 试 验 与数 值仿 真 相结合来研究混凝土物理力学性能 日益受到重视 , 而细观数值模型比宏观模型更能有效体现混凝土材 料组成 的不均匀 性和混凝 土的局部 破坏特征 。 具体实现 中, 以骨料及 其形状 的随机
10、数值模拟来反 映混凝土材料 的不均匀性 , 以力学参量的随机分布 收稿 日期 : 2 0 1 0 0 8 2 O 基金项 目: 国家 自然科学基金项 目( 5 0 6 7 9 0 0 6 ) ; 教育部高等学校博士学科 点专项科研基金项 目( 2 0 0 8 0 1 4 1 1 0 9 9 ) ; 国家 自然科学基金项 目( 5 0 8 0 9 0 1 3 ) ; 水沙科学与水利水电工程国家重点实验 室开放基金项 目( 2 0 1 0 一 C 一 0 3 ) 作者简介 : 丰茂 东( 1 9 8 4) , 男 , 山东曲阜人 , 工学硕士 , Ema i l : md s e a q q c
11、o tT l 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 建筑科 学与工程学报 2 0 1 0丘 来反 映混 凝 土 骨 料 、 基 质 、 颗 粒 等 组 成 部 分 的力 学 性质 。 由于细观 单元 弹性 模量 与拉 压强 度独 立随机 分 布的常规做法有一定 的局 限性 , 体现在细观数值试 验结 果宏 观上 往往 无 法 表 现 出 峰值 后 的软 化段 , 反 映为 明显 的脆 性破 坏 , 与真实 试验 曲线 有一 定差距 。 而软 化段 对于 分析 混凝 土或 钢筋 混凝 土构件 的 弹塑 性力 学全 过程 、 极 限状态 下 的截 面应力 、 损伤
12、 与断 裂 机理 和抗震 结 构 的延 性 与恢 复力特 性等 都有 着重要 意义 。 鉴于此 , 以清晰表达混凝土试件的宏观破坏特 征为 目标 , 基 于试算 法 , 对 应 于不 同 的物 理量 组 合 , 研究弹性模量 、 拉压强度 、 峰值应变等随机参量的不 同组合对宏观强度和宏观破坏全曲线的影响。 1 混凝土细观单元的本构 关 系 图 1为细观 单元损 伤本构关 系, 其 中, 为应 力 , 厂 为抗 拉强度, 厂 为拉残余强度 , 厂 为抗压强 度 , 为压残余强度。基于最大拉应变准则弹脆性 单轴拉伸损伤本构关系 图 1 ( a ) , 其损伤变量 D为 D = = 0 一 詈 +
13、 1一 1 e e t 。 e t o e e t ( 1 ) 式中 : 为残余强度系数 ; e 为应变 E f 。 为单元峰值拉 应变 t 为与拉残余强度相对应 的应变 , e 一 。 , 叩 为残余应变系数 , 一般取值范 围为 1 仉 若 单 元 应 变超 过极 限应 变 e 则认 为单 元基 本 达 到完 全 破 坏 状态 , 宏观 裂缝 出现 。本 文 中取 一0 1 , 7 3 0 , 一 1 O。 基 于单轴压 缩应力状态下的混凝土本构关 系 图 1 ( b ) , 可得其损伤变量 D为 ( a ) 拉伸 损 伤 ( b ) 压 缩 损 伤 图 1 细 观 单 元 损 伤 本 构
14、 关 系 Fi g 1 Da ma g e Co ns t i t ut i v e Re l a t i o ns of Me s o - e l e ml e nt f0 D J 1 一 竺 e e ec0 ( 2 ) 1 。 式 中 : e 。 为单 元应 力达 到抗 压强 度时 的压应 变 为 极 限压应 变 。 2 随机 力学参量 组合 的假定 混凝土细观力学参量模 型中, 通常以细观单元 的抗拉强度 _厂 f 和弹性模量 E作为基本物理随机参 量, 两者独立满 足 We i b u l 1 分布或 对数正 态分布 。 具体来看 , 针对式( 1 ) 所示的弹脆性损伤本构关 系, 在
15、峰值应 力与初始 弹性模 量之 间存在 以下 关系 : 一 E , 等效的应变 e 也可作为随机参量考虑。那么, 随 机参 量 E、 e之 间是 否 完 全 独 立 或 满 足 某种 相 关 性 是 值 得 讨 论 的 问题 4 。弹性 模 量 E 作 为 独立 的 随 机参量是容易理解的 , 用它来表现 细观单元内微孔 洞 等 缺陷 的存 在 , 而 是 否 独 立 也 是 研 究 的 重 点 。 从可能的组合出发 , 选取表 1所示 的 5种组合形式 进 行 分析 。 表 1 基本 随机力学参量组合 的假定 Ta b 1 Co mbi na t i o n As s u mpt i o n
16、 o f Ba s i c Ra ndo m M e c h an i c al Pa r a m e t e r s 工况编号 弹性模量 综合 随机参量 1 E 2 E Ee ( 相当于 _厂 1 ) 3 E E 。 ( 相 当于 E) 4 E E 2 e ( 相当于 _厂 t E ) 5 E Ez 取一边长为 1 0 c m 的砂浆试件 , 进行单轴拉压 破 坏试 验并 进行对 比 。弹性 模 量均 值取 2 5 G P a , 抗 拉 强度 均值 取 1 0 MP a , 根 据 表 1的 5种假 定 , 基 于 W e i b u l 1 分 布 , E、 R 的均 质度取 为 2 。
17、砂浆试 件拉 压 应 力一 应变 全 曲线结果 如 图 2 所 示 。 从 图 2可 以看 出 , 工况 4的 E e ( 相 当于 , E ) 作 为综合随机参量进行随机分布较之工况 2以 E ( 相 当于 f t ) 独立 随机 分布 所 得 峰值 后 的 软化 段更 为合 理 , 且破坏后均具有一定的残余强度 。究其原因, 笔 者认为可从 以下 3个方面考虑 : ( 1 ) 图 3的随机 参 量统 计 分 布 和 表 2的方 差 比 较显示 , 采用 工况 4的参量服从 We i b u l 1 分布得 出 的强度和应变的随机力学参量较其他工况的离散性 更 大 , 而各 工况对 应 的弹
18、性模 量 分布 的离散 性相 当 , 表 现 出较好 的 随机 特 征 。 ( 2 ) 图4 的破 坏单元 个 数统 计显 示 , 除工况 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 丰茂东, 等: 随机力学参量对混凝土细观损伤演化的影响 3 日 3 0 20 要 翅1 0 0 应变 1 0 ( a ) 单轴 拉 伸损 伤 破 坏 应 变 1 0 ( b ) 单轴 压 缩损 伤 破坏 图 2 砂 浆试 件 损 伤 破 坏 应 力- 应 变 全 曲 线 Fi g 2 St r e s s s t r a i n Cu r v e s of Da m a g e
19、of M o r t a r Sp e c i me n s 表 2 随 机 力 学 参 量 分 布 的 方 差 比较 Ta b 2 Va r i an c e Co m pa r i s o ns o f Di s t r i bu t i on s o f S t o c h as t i c M e c ha ni c a l Pa r ame t e r s 弹性模量方差 强度方差 工况编号 应变方差 1 0 0 M Pa 1 01 4 M p a 2 1 1 3 5 9 1 5 3 7 3 0 3 4 3 1 0 8 2 1 3 7 2 7 3 2 0 8 O 9 7 9 1 0一
20、3 1 3 2 1 6 3 1 1 0 0 4 9 9 1 0 8 4 1 3 8 3 1 1 7 09 00 3 2 4 1 0 0 5 1 3 31 6 O 9 39 7 2 5 1 0 7 外 , 其他工况或前或后存在明显 的脆性破坏特征。 ( 3 ) 从结 构可 靠度 的概 念分 析来看 l 5 , 强度 是 材 料 抵抗 破坏 的能 力 , 弹 性 模 量 可 以看 作 是 材 料 抵 抗 变形的能力 。而以多个基本随机参量的乘积表达抗 力 , 也是 工程 界采 用 的基 本 做 法 , 因而 , 把强 度 厂和 弹 性模量 E 的乘积 作为 细 观 材料 的综 合 随机 参 量 ,
21、 也 是合理 的 J 。 3相关 系数影响分析 分 析表 明 , 选 用 式 ( 3 ) 的强 度 厂和 弹性 模 量 E 的乘积 尺作为细观材料的综合随机参量 , 较其他工 况更为合理 。 细观材料的综合随机参量 R为 RE e f Z ( 3 ) 以随机骨料混凝土试件为例 , 完全独立地建立 E、 R两 物理 量也不 甚 合 理 , 笔 者建 议 引 人相 关 系数 抗拉 强 度 MP a ( a ) 抗 拉 强度 应 变 1 0 图 3 基本参量 的随机 特征分布 Fi g 3 S t o c ha s t i c Ch a r a c t e r i s t i c Di s t r
22、i b ut i o n s o f Ba s i c Pa r a m e t e r s 图 4破 坏 单 元 个 数 统 计 Fi g 4 S t a t i s t i c s o f Da m a g e d El e m e nt Nu m b e r 来 获取 两者 之 间的关 系 。 参考 结 构可靠 度 理论 中处 理非 正态 相关 随机 变 量可靠度 问题 的方法_ 7 镥 , 生成非 正态相关 随机数 序列 的步骤 为 : ( 1 ) X 、 X。为 2个 相 关 的 非 正 态 随 机 变 量 , 已 知它们的分布形式 ( 分布函数和概率密度函数) 、 分 布参数和线性
23、相关系数 。 ( 2 ) 按图 5 所示 等概率变换方法将非正态 随机 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 建筑科学与工程学报 2 0 1 0生 ) 非 正淼 分 布 标准 正 态分 布 图 5 由 X 到 y J 的等概率变换 F i g 5 X t o Un d e r Eq u a l P r o b a b i l i t y T r a n s f o r ma t i o n 变量 X 、 Xz 变换 为标 准正 态 随机 变量 y 、 y , 而 且 按边际分布等概率变换得到的 2个正态随机变量的 相关系数与原随机变量的相关系数近似相等, 可知 y
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 随机 力学 参量 混凝土 损伤 演化 影响
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【caop****ing】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【caop****ing】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。