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主管单位 中华人民共和国工业和信息化部 主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:赵卫平,刘英健,何华飞,韩雪刚,姚洋.早龄期三维随机骨料混凝土劈裂抗拉数值模拟[J].哈尔滨工业大学学报,2025,57(5):114.DOI:10.11918/202401084
ZHAO Weiping,LIU Yingjian,HE Huafei,HAN Xuegang,YAO Yang.3D numerical simulation on splitting tensile strength of early-age concrete with random aggregates[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2025,57(5):114.DOI:10.11918/202401084
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早龄期三维随机骨料混凝土劈裂抗拉数值模拟
赵卫平1,刘英健1,何华飞2,韩雪刚2,姚洋2
(1.中国矿业大学(北京) 力学与土木工程学院,北京 100083;2.北京市政建设集团有限责任公司,北京 100048)
摘要:
为研究早龄期混凝土劈裂抗拉性能,基于ABAQUS软件平台使用Python脚本语言进行二次开发,建立粗骨料体积分数为35%的三维细观混凝土模型,在砂浆单元界面和砂浆-骨料界面过渡区(ITZ)嵌入三维零厚度内聚力单元,分别对4、5、6 mm3种网格尺寸以及不同龄期的混凝土圆柱体进行劈裂抗拉数值模拟。结果表明:三维随机多面体骨料细观混凝土模型与内聚力单元相结合适用于早龄期混凝土圆柱体劈裂抗拉的破坏模拟,可以真实地展现出实际骨料的几何形状和空间分布,并能预测混凝土的力学性能和破坏状态,具有很高的可视化程度;3种不同网格尺寸对劈裂抗拉强度影响较小,但对荷载-位移曲线下降段有一定的影响;混凝土劈裂抗拉强度公式计算值、拉应力平均值和试验值之间的误差均在1 d时最大,最大误差分别为17.65%和16.18%,在其余龄期的误差均小于5%,验证了模型的适用性和可靠性;不同龄期模型的破坏过程以及最终破坏状态相似,微裂缝在ITZ处萌生并发展,局部区域混凝土出现压碎的现象,最终形成贯穿混凝土圆柱体横截面的竖向主裂缝。
关键词:  早龄期混凝土  参数化建模  内聚力模型  随机骨料
DOI:10.11918/202401084
分类号:TU528
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金联合基金重点项目(U22A20244)
3D numerical simulation on splitting tensile strength of early-age concrete with random aggregates
ZHAO Weiping1,LIU Yingjian1,HE Huafei2,HAN Xuegang2,YAO Yang2
(1.School of Mechanics and Civil Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China; 2.Beijing Municipal Construction Co., Ltd., Beijing 100048, China)
Abstract:
In order to study the splitting tensile properties of early-age concrete, a 3D meso-concrete model with a 35% coarse aggregate volume content was established using Python scripting language for secondary development based on ABAQUS software platform. 3D zero-thickness cohesive elements were embedded in the mortar elements interface and the mortar-aggregate interface transition zone (ITZ). The splitting tensile strength of concrete cylinders with three mesh sizes of 4,5 and 6 mm and different ages were simulated. The results show that the combination of 3D random polyhedral aggregates meso-concrete model and cohesive elements is suitable for the fracture simulation of early-age concrete cylinders, which can not only accurately show the geometric shape and spatial distribution of actual aggregates, but also predict the mechanical properties and failure state of concrete with a high degree of visualization. The three different mesh sizes have minimal influence on the splitting tensile strength, but they do have some influence on the descending section of load-displacement curves. The maximum error between the calculated value of the formula, the simulated average value and the test value is 17.65% and 16.18% at the first day, and the errors are less than 5% in other ages, which validates the applicability and reliability of the model. The failure processes and final failure states of models at different ages are similar. Microcracks initiate and propagate in the ITZ, and localized areas of concrete experience crushing, ultimately resulting in vertical main cracks that traverse the cross-section of the concrete cylinder.
Key words:  early-age concrete  parametric modeling  cohesive model  random aggregate

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