混凝土弹性模量预测的混合夹杂模型.pdf
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1、李朝红等 : 混凝土弹性模量 预测的混合夹杂模型 混凝土弹性模量预测 的混合夹 杂模型 李朝红 , 徐光兴 ( 1 石家庄铁道大学土木工程学院 。 石家庄0 5 0 0 4 3; 2 石家庄铁道大学道路与铁道工程安全保障省 部共建教育部重点实验室 石家庄0 5 0 0 4 3) 【 摘要】 基于细观夹杂理论, 将混凝土看作是由骨料、 界面、 砂浆 、 孔洞和微裂缝组成的多相复合材料, 将 骨料和其外部包裹着的界面看作是球形等效颗粒 , 作为夹杂相, 将含有孔洞和微裂缝的水泥砂浆作为等效基体 , 采用多步法建立了混凝土混合夹杂模型。将广义 自洽方法和 M 一 T a n a k a方法相结合求得
2、了模型的解析解。通 过算例验证了模型的有效性 , 表明文中提出的模型能够较为真实全面的反映混凝土的细观组成相对其宏观弹性 模量的影响。 【 关键词】 弹性模量; 细观夹杂理论 ; 广义 自 洽方法 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 1 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 【 2 0 1 3 ) 0 6 0 0 1 1 0 3 THE M TURE I NCLUSI oN M oDEL FoR PREDI CTD G ELASTI C M oDULUS oF CoNCRETE L I Ch a o h o n g XU Gu a n g x i n g
3、( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i , S h ij i a z h u a n g T i e d a o U n i v , S h i j i a z h u a n g 0 5 0 0 4 3 , C h i n a ; 2 K e y I a b o r a t o r y o f Ro a d s a n d Ra i l w a y En g i S a f e t y C o n t r o l o f Mi n i s t r y o f E d u c a d o n, S h i j i a z h u a n g T i e d
4、a o U n i v , S h i j i a z h u a n g 0 5 0 0 4 3 , C h i n a ) Abs t r a c t : Ba s e d o n t h e me s o i n c l us i o n the o r y,the c o n c r e t e i s c o n s i d e r e d a s a mu hi ph a s e c o mp o s i t e ma t e ria l c o n s i s t i ng o f a g g r e g a t e s ,i n t e r f a c e,mo r t a r
5、 ,v o i d s a n d mi c r o c r a c k s A mi x t u r e i n c l u s i o n mo d e l o f c o n c r e t e wa s e s t a b l i s h e d w i th mu l t i - s t e p me tho d,i n w h i c h the s p h e ric a l e q u i v a l e n t p a r t i c l e s c o n s i s t i n g o f a g g r e g a t e s a n d i n t e r f a c
6、 e o u t s i d e i s r e g a r d e d a s a i n c l u s i o n p h a s e,a n d c e me n t mo r ta r c o n t a i n i n g v o i d s a n d mi c r o c r a c k s i s r e g a r d e d a s e q u i v a l e n t ma t r i x Th e a n a l y t i c a l s o l u t i o n s f o r t h e e q ui v a l e n t p a r t i c l e
7、s a n d the e q u i v a l e n t ma t ri x we r e d e riv e d w i th g e n e r a l i z e d s e l f - c o n s i s t e n t an d Mo il- T a n a k a s me tho d r e s p e c t i v e l y Th e v a l i di t y o f the mo d e l wa s v e rifie d b y the e x a mp l e Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e mo d
8、e l p ro p o s e d thi s p a p e r c a n r e fle c t t h e i n f l u e n c e o f the me s o c o mp o s i t i o n p ha s e s o n the ma c ros c o p i c e l a s t i c mo d u l u s o f the c o n c r e t e mo r e c o mp r e he n s i v e l y Ke y wo r d s: e l a s t i c mo du l us ;me s o i n c l u s i o
9、 n the o ry ;g e n e r a l i z e d s e lf- c o n s i s t e n t me t h o d 弹性模量 是混凝 土重要力 学参数 之一 , 在 结构分 析和力 学性 能评价 中起着 至关重 要 的作 用。 目前 , 混 凝土弹性模量 的确 定 主要依据 试验室 或现场 试验 , 这 种方 法最 直 接 , 但 试验 周期 长 , 耗费 的物 力和人 力较 多, 且受试验条件及所选材料影响较大。利用复合材 料细观夹杂理 论对 混凝 土的弹性模量 进行预 测 , 既 能 定量反映混凝土细观组成与宏观弹性模量之间的关 系 , 又具有较 高预测精度
10、 , 受到 国内外学者 的关注 。 已有研究 中, 有的模型为了求解方便而忽略了混 凝 土 中骨 料 与砂浆 之 间界 面 的影响 , 有 的模型 虽 然考虑 了界面 的影 响 , 但是 忽略 了孔 洞和微裂 缝 等初 基金项目】 石家庄铁道大学科研专题( 2 0 1 2 Q ) 始缺陷 , 或将微裂缝与孔洞合并考虑 , 这样的简化 与实 际不 符 , 无 法 分析界 面 、 孔 洞 与微裂 缝对 混凝 土 弹性 模量的影响 。 文 中基于复合材料 细观夹 杂理论 , 考 虑 多种细 观 相的影响, 采用多步法建立混凝 土弹性模量预测模 型, 推导模型的解析解, 并通过算例验证其有效性。 1
11、混 凝土混 合夹 杂模型 将混凝 土看作是 由骨料 、 水泥砂 浆、 界 面 、 孔洞 和 微裂缝等 5个细观相组成的多相复合材料, 其中骨料 和界面看作是带有涂膜的等效球形颗粒, 作为硬化夹 杂相 , 含有 孑 L 洞、 微 裂缝 夹杂相 的砂 浆基 质作 为等 效 1 2 低温建筑技术 2 0 1 3 年第 6 期( 总第 1 8 0 期) 基体, 综合考虑各细观相材料性质对混凝土宏观弹性 模量的影响。混凝土混合夹杂模型的建立方法如下 : ( 1 ) 合成等效颗粒 。等效颗 粒是 由球形 骨料与 界面层复合而成的球体, 复合球的有效模量 由广义 自 洽法计算得到。 ( 2 ) 建立以砂浆为
12、基质, 包含孔洞、 微裂缝两相 软化夹杂的等效基体模型, 等效基体的有效模量采用 M T方法计算得到 。 ( 3 ) 建立由等效颗粒和等效基体组成的混凝土 混合夹杂模型, 再次采用 MT方法对混凝土的有效 模量进行求解。混凝土混合夹杂模型见图 1 。 混合夹杂模型 等效颗粒 等效基体 图1 混凝土混合夹杂模型 1 1 基本假设 为建立混凝土混合夹杂模型, 做出如下基本假设 : ( 1 ) 混凝土各细观组成相材料都是理想均匀、 各向同性的弹性材料。 ( 2 ) 混凝土各细观 相介质 之间粘结完好 。 ( 3 ) 忽略骨料形状 、 级配 的影响 , 采用 同一粒 径 的球形颗粒模拟骨料 。 ( 4
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