混凝土级配对动弯拉强度的影响分析

以上计算分析已显示，混凝土细观力学特性的不均匀性对混凝土试件的动弯拉强度有明显影响。试验结果（陈厚群、侯顺载等，2000）显示，全级配混凝土的静、动弯拉强度小于湿筛混凝土相应的静、动弯拉强度，但全级配混凝土动弯拉强度增长系数大于湿筛混凝土动弯拉强度增长系数。全级配混凝土骨料大，黏结界面多，较湿筛混凝土更突出了细观结构及其力学特性的不均匀特性。下面将进一步对全级配混凝土试件进行细观弯拉分析。

图11.7　全级配混凝土骨料颗粒分布及单元剖分

全级配混凝土的弯拉试验仍按三分点加载方法。试件尺寸为450mm×450mm×1700mm。细观剖分区域取跨中宽度为450mm的区域，其余部分单元取宏观均质全级配混凝土力学特性参数。随机骨料模型生成的全级配混凝土骨料颗粒分布及单元剖分如图11.7所示，其中特大骨料3颗，粒径为120mm；大骨料12颗，粒径为60mm；中骨料37颗，粒径为30mm；小骨料167颗，粒径为15mm；骨料13505个单元，固化水泥砂浆体7086个单元，黏结界面8209个单元以及宏观混凝土990个单元，共计15049个结点，29790个单元。

为了将全级配混凝土试件与湿筛混凝土试件的计算结果可比较，在加载过程中，使两种尺寸的试件按宏观线弹性平面弯曲应力分布相似，有(www.xing528.com)

Pf/Ps＝（Lf/Ls）2（Ef/Es）

式中：Pf，Ps；Lf，Ls；Ef，Es分别为全级配混凝土试件和湿筛混凝土试件的集中荷载，几何尺度和弹性模量。

当Ef＝Es，Lf/Ls＝3，则Pf＝9Ps，即ΔPf＝9ΔPs，即全级配试件静加载步长、动力加载速率为9倍湿筛试件的相应值。本节全级配混凝土试件的静载步长取2.25k N，冲击荷载加载速率为1350k N/s，时间步长仍取0.001s。

混凝土及其细观各相材料的弹性模量和抗拉强度遵循对数正态分布，全级配混凝土试件细观各相统计特性参数仍按表11.2取值，其中变异系数（VE，Vt）为（0.10，0.10）。试件的应力—位移曲线如图11.8所示。静载强度为2.77MPa，纯动载时动弯拉强度增强系数为1.32，与加预静载至静极限荷载20%、40%、60%和80%时对应的动弯拉强度增强系数分别为1.34、1.36、1.38和1.40。为了便于比较混凝土级配对动强度的影响，现将该全级配混凝土模型的动弯拉强度增强系数随预静载水平变化曲线与图11.5湿筛混凝土细观不均匀性对静动综合弯拉强度的影响曲线一起放在图11.9中进行比较分析。显然，考虑细观差异时的全级配混凝土的动弯拉强度增强系数高于考虑细观差异的湿筛混凝土的动弯拉强度增强系数，而考虑细观差异时的湿筛混凝土的动弯拉强度增强系数高于不考虑细观差异时的湿筛混凝土的动弯拉强度增强系数；同时，动弯拉强度增强系数对预静载水平的敏感性依次增强。这个结论已在有关试验研究（陈厚群、侯顺载等，2000；陈厚群等，2004）中得到证实。