混凝土细观分析方法与应用
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作者杜修力
出版社科学出版社
ISBN9787030675330
出版时间2021-11
装帧平装
开本16开
定价238元
货号29347346
上书时间2024-11-02
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商品详情
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前言
混凝土是当代主要的工程结构材料之一。从材料组成而言，混凝土是以水泥为主要胶结材料，拌和一定比例的砂、石、水以及各种添加剂，经过搅拌、振捣、养护等工序后，逐渐凝固硬化而成的一种复合材料。粗细骨料和硬化水泥砂浆这两种主要组成材料的成分、性质、配比及粘结作用均对混凝土材料的力学特性有不同程度的影响，这也是混凝土非均质、各向异性及非线性等性质的根本原因。因此，混凝土材料相比单一结构材料具有更为复杂多变的力学性能。
按照特征尺寸和研究方法的侧重点不同，一般将混凝土材料内部结构分为微观、细观和宏观三个尺度。其中，细观尺度下所研究的单元尺寸范围在104～101m。混凝土材料往往被视为由粗骨料、硬化水泥砂浆、孔隙等组成的多相复合材料，其细观结构直接影响混凝土的宏观力学性能。通过各国学者数十年的不断深入研究，逐渐发展并形成了混凝土细观力学这一新的力学研究分支。借助细观力学研究手段，可以直观地重现混凝土材料及钢筋混凝土构件中砂浆、界面过渡区、随机骨料（纤维）等在荷载或环境作用下的细观损伤演化过程及机制，弥补了现有观测手段的局限，揭示了混凝土细观非均质特征对材料宏观力学特性、构件破坏行为的影响机理和规律，同时也为混凝土宏观力学性能的理解、把握和预测提供了有效分析手段。
本书主要介绍作者及其研究团队涉足细观力学领域十多年来，在混凝土细观力学分析方法及其应用方面取得的一些研究成果。全书共10章，主要内容包括：细观单元等效化分析模型与方法，多孔混凝土复合材料细观均匀化理论；混凝土静、动态基本力学性能及破坏机制的细观分析；界面过渡区、缺陷等细观结构特征和参数对混凝土静动态性能影响的细观分析；高温作用对混凝土静动态性能影响的细观分析；钢筋混凝土梁、柱等构件破坏行为及尺寸效应方面的细观分析；细观数值方法在混凝土中氯盐扩散、钢筋锈蚀致混凝土保护层开裂方面的模拟分析等。本书的研究工作，得到了国家自然科学基金创新研究群体项目（项目编号：51421005）、国家重点研发计划项目（项目编号：2018YFC1504302、2019YFC1511003）、国家973计划项目（项目编号：2011CB013600）、国家自然科学基金重大研究计划集成项目（项目编号：91215301）、国家自然科学基金优秀青年基金项目（项目编号：51822801）、国家自然科学基金面上项目（项目编号：51978022）等多方资助与支持，在本书完稿付梓之际，作者对上述支持表示诚挚感谢。
在十多年的研究中，作者的一些研究生们亦做出了重要贡献，包括张仁波、李冬、余文轩、杜敏、徐海滨、揭鹏力、韩亚强、丁子星、苏晓、徐建东、张帅、郝慧敏等，在此表示衷心感谢。
由于作者水平有限，书中内容难免存有不当、疏漏之处，敬请读者批评指正。
2020年4月
导语摘要
本书可供从事混凝土结构设计方面的工程技术人员和科研人员参考，也可作为土木工程专业高年级本科生和研究生的教学参考用书。
商品简介
本书系统介绍了作者及其研究团队近十多年来在混凝土细观分析方法与应用方面的研究成果，全书共10章。主要内容包括：细观单元等效化分析模型与方法，多孔混凝土力学性能细观理论分析，混凝土静、动态基本力学性能及破坏机制的细观分析，界面过渡区、缺陷和高温作用等对混凝土静动态力学性能影响的细观分析，钢筋混凝土构件破坏行为及尺寸效应的细观分析，以及细观数值方法在混凝土中氯盐扩散、钢筋锈蚀致混凝土保护层开裂方面的模拟分析等。
本书可供从事混凝土结构设计方面的工程技术人员和科研人员参考，也可作为土木工程专业高年级本科生和研究生的教学参考用书。
目录第1章 绪论 1
1.1 混凝土细观结构特征 1
1.2 混凝土细观力学发展概况 4
1.3 经典细观力学方法简介 5
1.3.1 细观理论分析方法 5
1.3.2 混凝土复合材料细观数值分析方法 9
1.4 本书的主要内容 17
参考文献 19
第2章 细观单元等效化分析模型与方法 23
2.1 随机骨料结构与模型 24
2.1.1 骨料结构的生成 24
2.1.2 骨料数目确定 27
2.1.3 骨料投放与网格生成 30
2.2 细观单元等效化方法基本思想 31
2.3 细观单元等效力学特性 33
2.3.1 串联与并联等效分析模型 33
2.3.2 骨料/砂浆基质两相介质 35
2.3.3 骨料/砂浆基质/缺陷三相介质 39
2.3.4 骨料/砂浆基质/界面三相介质 44
2.4 细观单元特征尺寸 49
2.4.1 Weibull分布理论 49
2.4.2 混凝土细观单元统计特性 50
2.4.3 混凝土材料特征单元尺寸 59
2.5 细观力学方法的验证 60
2.5.1 混凝土细观力学模型的建立 60
2.5.2 混凝土单轴拉伸破坏研究 62
2.5.3 混凝土单轴压缩破坏研究 66
2.5.4 计算量初步对比 67
小结 67
本章附录 离散系数C的理论解 68
参考文献 69
第3章 多孔混凝土力学性能细观理论分析 73
3.1 多孔干燥混凝土有效力学性质 73
3.1.1 多孔混凝土有效弹性性质 74
3.1.2 多孔混凝土有效强度及峰值应变 78
3.2 饱和混凝土有效力学性质 83
3.2.1 饱和混凝土有效弹性性质 84
3.2.2 饱和混凝土抗拉强度及峰值应变 87
3.3 非饱和混凝土有效力学性质 90
3.3.1 有效饱和度 90
3.3.2 有效弹性模量及有效强度 91
3.4 解析理论方法验证与讨论 95
3.4.1 弹性模量与泊松比 95
3.4.2 有效强度及峰值应变 98
小结 100
参考文献 100
第4章 混凝土静态力学性能细观数值分析 105
4.1 混凝土单轴压缩力学行为 105
4.1.1 随机骨料模型模拟 105
4.1.2 细观单元等效化方法模拟 116
4.2 混凝土单轴拉伸力学行为 117
4.2.1 随机骨料模型模拟 118
4.2.2 细观单元等效化模拟 120
4.2.3 扩展有限元法模拟 122
4.2.4 联合细观单元等效化方法和扩展有限元法模拟 132
4.2.5 基于预插黏性界面单元模拟 136
4.3 混凝土劈裂拉伸破坏行为 143
4.3.1 混凝土劈裂拉伸破坏模式 143
4.3.2 混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应 146
4.4 混凝土弯曲拉伸破坏行为 148
4.4.1 随机骨料模型模拟 149
4.4.2 细观单元等效化模型模拟 152
4.4.3 基于预插黏性界面单元模拟 153
4.5 混凝土双轴加载破坏行为 155
4.5.1 双轴压缩破坏行为 155
4.5.2 双轴抗压强度尺寸效应 158
小结 160
参考文献 161
第5章 混凝土动态力学性能细观数值分析 164
5.1 细观组分动态本构关系 164
5.1.1 弹脆性损伤动态本构模型 164
5.1.2 动态强度放大系数 166
5.1.3 细观单元等效动态本构关系 167
5.2 混凝土动态拉伸破坏行为 169
5.2.1 随机骨料模型模拟 169
5.2.2 细观单元等效化模型模拟 177
5.3 混凝土动态抗拉强度统计特性 181
5.3.1 动态拉伸破坏模式与分析 181
5.3.2 动态抗拉强度统计特性 182
5.4 混凝土动态压缩破坏行为 187
5.4.1 随机骨料模型模拟 188
5.4.2 细观单元等效化模型模拟 192
5.5 端部摩擦对动态压缩性能影响分析 193
5.5.1 混凝土试件细观模型设计 193
5.5.2 端部摩擦对动态抗压强度影响 194
5.5.3 端部摩擦对动态放大系数影响 200
小结 202
参考文献 202
第6章 界面过渡区及缺陷对混凝土静动态性能影响分析 206
6.1 界面过渡区对混凝土静态力学性能影响 206
6.1.1 细观力学模型及界面过渡区参数 206
6.1.2 界面过渡区对静态力学性能影响分析 208
6.2 界面过渡区对混凝土动态力学性能影响 213
6.2.1 细观力学模型与工况参数 214
6.2.2 界面过渡区对动态力学性能影响分析 215
6.3 缺陷对混凝土静态力学性能影响 222
6.3.1 缺陷对水泥基材料静态性能影响分析 222
6.3.2 缺陷对混凝土静态性能影响分析 228
6.4 缺陷对混凝土动态力学性能影响 234
6.4.1 细观力学模型与工况参数 234
6.4.2 缺陷对混凝土梁动态弯曲拉伸性能影响分析 236
小结 240
参考文献 240
第7章 高温作用对混凝土静动态性能影响分析 243
7.1 热传导基本理论 243
7.1.1 瞬态热传导控制方程 243
7.1.2 有限元离散化与时间积分 244
7.2 无应力状态混凝土导热行为 244
7.2.1 热工参数温度相关性 244
7.2.2 细观数值模型 247
7.2.3 有效导热系数 248
7.2.4 温度场模拟 251
7.3 力学损伤混凝土导热行为 254
7.3.1 损伤单元的导热系数 254
7.3.2 分析步骤 255
7.3.3 力学及热学耦合计算模型 256
7.3.4 数值计算结果及分析 258
7.3.5 分析与讨论 263
7.4 混凝土高温压缩/劈裂拉伸力学行为分析 263
7.4.1 本构关系与力学参数 263
7.4.2 边界条件及加载制度 265
7.4.3 模拟方法验证 266
7.4.4 数值计算结果及分析 267
7.4.5 分析与讨论 275
7.5 钢纤维混凝土高温力学性能分析 276
7.5.1 钢纤维混凝土细观数值模型 276
7.5.2 模拟方法验证 278
7.5.3 二维模拟结果与分析 279
7.5.4 三维模拟结果与分析 287
7.5.5 分析与讨论 294
小结 294
参考文献&n
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