全级配混凝土试件为450mm×450mm×1700mm，细观剖分区域取跨中宽度为375mm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，如图11.11所示，其中特大骨料3颗，粒径为120mm；大骨料10颗，粒径为60mm；中骨料29颗，粒径为30mm；小骨料139颗，粒径为15mm；骨料11924个单元，固化水泥砂浆体5270个单元，黏结界面6806个单元以及宏观混凝土836个单元，共计12545个结点，24836个单元。细观各相单元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见表11.3。
表11.3 全级配混凝土各相组分材料参数
按三分点加载方法，静载步长取1.00k N，冲击荷载加载速率为1000k N/s，时间步长取0.001s。黏结界面的抗拉强度变异系数Vt分别取0.20、0.25和0.30，其他参数取表11.3给出的数值。计算得到静弯拉强度分别为2.67MPa、2.55MPa和2.43MPa，动弯拉强度分别为3.57MPa、3.45MPa和3.36MPa，其对应的动强度增长系数分别为1.34、1.35和1.38。图11.12给出了全级配试件在三种界面强度变异系数及不同初始预静载作用下所对应的静动综合弯拉强度。显然，混凝土的静、动强度随黏结界面的抗拉强度离散性增大而降低，动强度增长系数随黏结界面抗拉强度的离散性增大而提高。同时，随界面强度变异系数的增大，试件的静动综合弯拉强度对初始预静载水平的敏感性增加。
图11.11 混凝土骨料颗粒分布及单元剖分
图11.12 界面强度的离散性对静动综合弯拉强度的影响
混凝土的动弯拉强度高于静弯拉强度；考虑混凝土细观不均匀性计算得到的动弯拉强度高于将其视为宏观均匀材料所得的动弯拉强度；全级配混凝土试件的动强度增长系数高于湿筛混凝土试件的动强度增长系数。混凝土在静载和动载作用下在宏观上表现出的这些力学特征差异已在以上的计算中得到验证。
下面以界面抗拉强度变异系数Vt为0.30为例，进一步分析产生这些现象的混凝土细观损伤破坏机理。(www.xing528.com)
图11.13给出了静载及在不同预静载下的动载作用所产生的破坏单元个数。在应力达到2.3MPa时，在静载作用下约有140个单元产生损伤破坏，而相同荷载水平的冲击荷载仅约有30个单元损伤破坏。这一计算结果具有普遍性，即同荷载水平下静载所产生的损伤积累大于动载所产生的损伤积累。
图11.13 不同荷载水平所产生的破坏单元
同时注意到，在应力达到3.2MPa之前，同等荷载水平下，纯动载和有预静载的动载作用所产生的损伤破坏单元数基本相同。在应力水平大于3.2MPa之后，破坏单元的数量受预静载水平影响较大，同样数量的单元破坏所需的动载随预静载水平的提高而增大。在同样的荷载（预静载+动载）水平下，由于前期预静载的存在使得损伤积累比纯动载（无初始静载）情况下所产生的损伤积累大，微裂缝多。由此，前一种情况混凝土细观结构的不均匀性较后一种情况者更为明显，因而率效应在宏观上表现为在一定预静载水平下的静动综合弯拉强度高于纯动弯拉强度。
从失稳断裂时裂缝分布情况看，静载和动载作用下混凝土细观内部裂纹产生、扩展形式也不同。如图11.14所示，静载作用下除少数零星单元破坏外，仅有一条由较多破坏单元连通而成的宏观裂缝，而动载作用下有多条破坏单元连通构成的裂缝，如图11.15所示。产生这种现象的原因（李兆霞等，1994）在于静态荷载由于其作用时间相对较长，材料内部的损伤主要表现为微裂缝的扩展、联结和贯穿然后导致破坏；而在短时高速的冲击荷载作用下，变形和应力以波的形式传播，混凝土细观结构存在交界面（如骨料与砂浆之间的黏结界面，细观各相材料内部力学性能差异所产生的界面等），不均匀性越大这种界面越多，波动在这些交界面上产生反射、折射，波的反射、折射延迟了能量的扩散和应力的转移，因此材料内部的损伤主要表现为大量的微空洞和微裂纹生成，但来不及扩展，而同时这些微空洞和微裂纹降低了其所在区域的质量密度使波速减小成为能量扩散和应力转移延迟的另一原因，故一般动载（静动综合）强度高于静载强度。当这些微空洞和微裂纹发展到一定程度，试件将会断裂失稳。在细微观层面上，全级配混凝土较湿筛混凝土的骨料粒径大、颗粒多、黏结界面多、不均匀性更为明显，而这些细观结构的不同会导致宏观力学性质的差异。混凝土细观结构不均匀性对其动载弯拉强度所产生的不可忽视的影响也说明了对混凝土细观损伤和破坏机理研究的重要性。
图11.14 静载作用下梁的开裂过程
图11.15 预静载后动载作用时梁的开裂过程
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