[發明專利]一種基于耦合格構模型的長齡期混凝土開裂模擬方法

有效

• 申請號: 202110309630.7
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113092248B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 周偉;田文祥;陳凌霄;高宇;李通盛;馬剛;常曉林;王橋;劉搖
• 申請（專利權）人: 武漢大學;大唐宣威水電開發有限公司
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N15/08;G01N33/38
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 李煒

本發明公開了一種基于耦合格構模型的長齡期混凝土開裂模擬方法，包括：基于隨機骨料算法和孔隙測試數據的長齡期混凝土多自由度三維格構模型的構建；根據長齡期混凝土的水泥漿體水化試驗和長齡期混凝土力學試驗建立長齡期混凝土水化?力學耦合模型；采用耦合格構模型，針對長齡期混凝土進行數值模擬實驗，并得到長齡期混凝土在長期應力狀態下的力學性能。本發明通過對長齡期混凝土進行基于耦合格構模型的數值模擬，可以快速、有效的模擬和預測長齡期混凝土的力學性能演化和開裂過程。

技術領域

本發明屬于混凝土數值仿真模擬研究的技術領域，具體涉及一種基于耦合格構模型的長齡期混凝土開裂模擬方法。

背景技術

長齡期混凝土在水利工程中是一種重要的材料，被廣泛用于混凝土重力壩和拱壩，不同于常態混凝土設計齡期為28天，長齡期混凝土通常可達90天到180天，由于其水泥水化過程較為緩慢，故其強度增長也是緩慢的，在這樣的長齡期條件下，長齡期混凝土結構容易在長期荷載條件下，因為長齡期強度增長緩慢等原因導致開裂。而混凝土作為非均質材料，其中的孔隙，微裂紋等結構弱相也會大大削弱混凝土的強度與承載力。通常，在長期持荷載狀態下，孔洞會聯通，產生微小裂紋，這些裂紋嚴重危害著混凝土壩的健康狀態，縮短其服役年限，因此在模擬過程中，需要考慮混凝土水化-力學性能演化和混凝土細微結構的共同影響。近年來，隨著數值模擬手段的發展，將混凝土中水泥基材料的水化特性與混凝土力學演變性能結合起來的耦合模型受到廣泛關注，但由于一般的模型存在自由度高的問題，且受限于計算機性能的限制，基本上局限于二維，對三維數值試樣的水化-力學耦合性能演化高效快速模擬一直是個亟待解決的問題。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種基于耦合格構模型的長齡期混凝土開裂模擬方法，該方法可以高效快速地模擬長齡期混凝土在長齡期水化過程中各個齡期的力學性能和開裂過程。

本發明提供的技術方案如下：

一種基于耦合格構模型的長齡期混凝土開裂模擬方法，包括如下步驟：

步驟1：根據待模擬長齡期混凝土的水泥基底材料的配合比，進行水泥漿體的水化熱試驗，獲取水泥基底材料的水化曲線，并建立水化度與齡期之間的關系；

步驟2：根據待模擬長齡期混凝土的配合比，配制澆筑形成實驗室尺寸的混凝土試件；按照標準程序養護，并對不同養護齡期的混凝土試件進行力學性能測試，獲取相對較早齡期(如7天/28天)的長齡期混凝土的力學參數；

步驟3：將進行過力學性能測試后破壞的混凝土碎屑收集起來，進行混凝土孔隙分布測試，以獲得混凝土內部的孔隙特征分布；

步驟4：根據待模擬長齡期混凝土的配合比，建立混凝土隨機骨料模型，該骨料模型由骨料單元、界面過渡區單元和砂漿單元組成；然后根據步驟3測得的混凝土的孔隙分布，參照混凝土隨機骨料模型的單元尺寸分辨率，確定待模擬孔隙尺寸的模擬范圍；然后在混凝土隨機骨料模型的基礎上，建立考慮孔隙分布的混凝土隨機骨料模型，并將其轉化為多自由度格構模型；

步驟5：根據長齡期混凝土的力學性能測試和水化熱測試結果，采用混凝土長齡期水化-力學耦合公式模擬長齡期混凝土水化-力學演化過程，并作為材料特征參數代入多自由度格構模型中，形成可模擬長齡期混凝土水化-力學耦合演化過程的耦合格構模型；

步驟6：根據長齡期混凝土的實際運行的力學環境和齡期情況，采用耦合格構模型進行長齡期混凝土的各齡期力學性能和開裂過程模擬。

進一步地，步驟4還包括如下步驟：

步驟4-1，確定待模擬計算的長齡期混凝土尺寸，整個模擬的計算域為長方體，邊長分別為A/B/C；