摘要
混凝土材料从细观尺度上可以看作是由粗骨料、水泥砂浆以及二者之间的界面过渡区所组成的三相非均质复合材料。作为最广泛使用的建筑材料，混凝土的力学性能直接关系到建筑结构的安全性。近年来随着绿色环保的理念不断加深，陶粒混凝土作为新型绿色材料在工程建设中得到了越来越广泛的应用，因此开展混凝土及陶粒混凝土力学性能的研究非常有必要。 本文以混凝土和陶粒混凝土为研究对象，利用MATLAB语言完成了混凝土及陶粒混凝土试件格构模型的参数化数值建模。通过混凝土试件格构模型的数值模拟结果验证了本文格构模型的有效性，在此基础上研究陶粒混凝土试件的损伤破坏机理，并探究陶粒混合骨料混凝土细观组成成分变化对试件自身力学性能的影响。本文的主要工作有： 基于格构模型理论，采用离散的Timoshenko梁单元对连续介质进行力学等效，推导了梁单元的单元刚度矩阵，完成了结构总体刚度矩阵的并行装配。采用Mazars损伤本构模型模拟材料力学性能的劣化，通过MATLAB语言编写数值模拟计算代码，并将其应用于本文所有格构模型的数值计算中。 利用MATLAB语言对格构模型进行数值建模。完成了随机骨料与界面过渡区的生成，通过几何网格与材料特性的无序性来体现格构模型的无序性，将几何模型投影到格构模型中，并根据单元所处的位置完成了各相单元材料特性的赋予。 结合非均质材料格构模型的建模方法，建立了混凝土试件格构模型，对模型相关参数进行确定，并研究了格构模型几何网格无序性、单元类型以及单元尺寸对数值模拟结果的影响。对预制开口混凝土三点弯曲梁试件分别进行对称加载与非对称加载，将数值模拟结果与实验结果进行对比，验证了本文格构模型的有效性。 建立了陶粒混凝土试件格构模型，对模型中各相材料的参数进行确定与分析。对陶粒混凝土三点弯曲梁试件展开数值模拟，并探究陶粒混凝土材料的损伤演化机理；建立了陶粒混合骨料混凝土试件格构模型，研究了陶粒掺量、骨料分布以及混合骨料级配对陶粒混合骨料混凝土材料的宏观力学性能及细观各组分材料损伤演化过程的影响。 研究结果表明，本文格构模型能够较为合理地模拟混凝土及陶粒混凝土试件的损伤演化过程，能够较为准确地分析混凝土类准脆性材料的失效破坏过程，对深入考察细观尺度上陶粒混凝土的力学性能具有较高的研究价值。
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