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混凝土材料在土木工程中应用广泛,其力学性能是结构设计及工程数值仿真的基础。因此,在混凝土材料力学性能方面不断地进行全面而深入的探宄具有重要的科学和工程意义。 混凝土材料属于多相复合材料,其宏观力学性能与材料内部细观结构密切相关,因此需要从细观层次来探究其宏观力学性质。本文从细观角度出发,研究了几类特定条件下混凝土材料的压缩和拉伸力学行为。具体来说,论文的工作分为以下几部分: 1.骨料分布形式对力学性能影响方面 假定混凝土是由骨料颗粒、砂浆基质及两者之间的过渡区界面组成的三相复合材料,建立了可以考虑不同骨料分布形式的混凝土细观力学分析模型与方法,分别以单轴压缩和单轴动态拉伸为例,分析了不同骨料分布形式下混凝土动态拉伸强度、压缩强度及受压应力-应变全曲线软化段的随机离散性,并揭示了其统计规律。 2.端部摩擦效应方面 建立了包含骨料、砂浆及界面过渡区的混凝土细观力学分析模型,并在模型上下两端分别设置了可以考虑不同端部摩擦条件的刚性垫块,数值研究了中低应变率下不同端部摩擦条件下混凝土的受压力学行为,揭示了动态压缩强度随端部摩擦条件的变化规律,同时考察了端部摩擦效应对混凝土动态压缩强度提高(CDIF)的影响。 3.拉伸尺寸效应方面 通过对5组不同尺寸混凝土试块数值模型的拉伸模拟,比较了本文混凝土拉伸强度尺寸效应与Ba(z)ant尺寸效应律,分析了在单轴拉伸荷载作用下双边缺口试块缺口间横截面上应力分布规律。 4.孔隙率对力学性能影响方面 假定水泥砂浆是由闭口孔和无孔基质组成的两相复合材料,建立了孔隙率介于0~75%的水泥砂浆三维力学分析模型,研究了孔隙率对压缩/拉伸力学行为的影响,并分别提出了孔隙率-压缩强度、孔隙率-拉伸强度、孔隙率-压/拉强度之比及孔隙率-有效弹性模量等关系预测模型。