混凝土彈性與粘彈性多尺度理論

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 混凝土多尺度彈性模型 2
1.3 混凝土粘彈性模型 4
1.4 混凝土粘彈性性能的多尺度研究 10
1.4.1 水泥漿體 12
1.4.2 素混凝土 15
1.4.3 纖維混凝土的蠕變 17
1.5 小結 19
第2章 均勻化方法 20
2.1 彈性問題基本理論 20
2.1.1 基本方程 20
2.1.2 對稱性問題 (張量的化簡) 22
2.2 Eshelby 問題和等效夾雜理論 24
2.2.1 Eshelby 問題 24
2.2.2 等效夾雜理論 30
2.3 有效性能的變分法 31
2.3.1 有效場和有效性能 31
2.3.2 *小勢能原理和*小余能原理 32
2.3.3 Voigt 上限和 Reuss 下限 33
2.3.4 Hashin-Shtrikman 變分原理 34
2.4 均勻化模型 37
2.4.1 稀疏解法 38
2.4.2 自洽法 41
2.4.3 廣義自洽法 43
2.4.4 Mori-Tanaka 法 46
2.4.5 微分法 49
2.5 小結 50
第3章 分數(shù)階粘彈性建模方法 51
3.1 傳遞函數(shù)與粘彈性 51
3.1.1 傳遞函數(shù)與彈性–粘彈性對應原理 51
3.1.2 傳遞函數(shù)與粘彈性函數(shù)之間的關系 52
3.2 構建粘彈性模型 54
3.2.1 理論方法 54
3.2.2 基于數(shù)據(jù)的方法 62
3.3 粘彈性數(shù)據(jù)描述 63
3.3.1 蠕變柔量 63
3.3.2 動態(tài)響應 68
3.4 粘彈性數(shù)據(jù)轉換 72
3.4.1 蠕變數(shù)據(jù)轉換為動態(tài)模量數(shù)據(jù) 72
3.4.2 松弛數(shù)據(jù)轉換為動態(tài)模量數(shù)據(jù) 74
3.5 小結 77
第4章 微觀水泥漿體的彈性性能 78
4.1 水泥水化微結構時變特征 78
4.1.1 水化度隨時間的演變 78
4.1.2 各相體積分數(shù)隨水化度的演變 80
4.1.3 各相體積分數(shù)隨時間的演變 84
4.2 水泥漿體彈性性能的多層級模型 85
4.2.1 亞微米尺度 C-S-H 凝膠的有效彈性性能 85
4.2.2 微觀水泥漿體有效彈性性能 88
4.3 結果與討論 90
4.3.1 齡期 tc 的影響 90
4.3.2 水灰比 w/c 的影響 91
4.3.3 溫度 Ts 的影響 93
4.3.4 Blaine 表面積 A 的影響 94
4.3.5 彈性水化物長徑比 κch，κa 的影響 95
4.4 小結 96
第5章 細觀混凝土的彈性性能 97
5.1 混凝土彈性性能的細觀力學模型 97
5.1.1 有效夾雜相的有效彈性性能 97
5.1.2 混凝土有效彈性性能 100
5.2 骨料形狀對彈性性能的影響 101
5.3 骨料粒徑、ITZ 對彈性性能的影響 102
5.3.1 骨料粒徑分布 103
5.3.2 *大粒徑 104
5.3.3 細度 105
5.3.4 ITZ 厚度 106
5.3.5 ITZ 彈性系數(shù) 107
5.4 加載條件、水泥漿體性質對彈性性能的影響 107
5.4.1 齡期 108
5.4.2 溫度 108
5.4.3 水灰比 109
5.4.4 Blaine 表面積 110
5.4.5 彈性水化產物的長徑比 110
5.4.6 從微觀到細觀尺度傳遞特征 111
5.5 小結 112
第6章 細--宏觀纖維增強混凝土的彈性性能 114
6.1 纖維混凝土的彈性計算模型 114
6.1.1 纖維與其錨固區(qū)組成的有效纖維相的彈性性能 114
6.1.2 纖維混凝土的彈性性能 117
6.2 纖維形狀對混凝土彈性性能的影響 119
6.2.1 直纖維 120
6.2.2 鉤端纖維 121
6.2.3 波浪形纖維 123
6.2.4 三種纖維形狀對比 124
6.3 纖維錨固區(qū)參數(shù)對混凝土彈性性能的影響 125
6.3.1 體積系數(shù) kv 125
6.3.2 剛度增強系數(shù) kg 125
6.4 定向纖維方向對混凝土彈性性能的影響 126
6.5 纖維摻雜對混凝土彈性性能的影響 126
6.5.1 不同長徑比纖維的摻雜 126
6.5.2 不同形貌纖維的摻雜 127
6.6 微細觀參數(shù)對纖維混凝土彈性性能的影響 128
6.6.1 齡期 128
6.6.2 溫度 129
6.6.3 水灰比 129
6.6.4 Blaine 表面積 130
6.6.5 彈性水化產物的長徑比 131
6.6.6 骨料粒徑分布 131
6.6.7 *大粒徑 132
6.6.8 細度 132
6.6.9 ITZ 厚度 133
6.6.10 ITZ 彈性系數(shù) 133
6.6.11 骨料形狀 134
6.6.12 從細觀到細–宏觀尺度傳遞特征 135
6.7 小結 136
第7章 微觀水泥漿體的粘彈性性能 138
7.1 水泥漿體蠕變多層級模型 138
7.1.1 HD C-S-H 和 LD C-S-H 的蠕變模型 138
7.1.2 水化度與彈性模量*線的離散 140
7.1.3 基于傳遞函數(shù)的亞微米尺度 C-S-H 凝膠的有效蠕變性能 142
7.1.4 基于傳遞函數(shù)的微觀水泥漿體有效蠕變性能 146
7.1.5 HD C-S-H 和 LD C-S-H 的蠕變參數(shù)反分析 149
7.2 多層級蠕變模型測試 155
7.2.1 多種水灰比長期蠕變數(shù)據(jù) 155
7.2.2 多齡期早期蠕變數(shù)據(jù) 157
7.3 結果與討論 158
7.3.1 水化度離散間隔 h 的影響 158
7.3.2 加載齡期 tc 的影響 158
7.3.3 水灰比 w/c 的影響 159
7.3.4 溫度 Ts 的影響 161
7.3.5 Blaine 表面積 A 的影響 163
7.3.6 彈性水化物長徑比 κch，κa 的影響 164
7.3.7 HD C-S-H 和 LD C-S-H 體積分數(shù)比的影響 165
7.4 小結 166
第8章 細觀混凝土的粘彈性性能 167
8.1 水泥漿體蠕變輸入 167
8.2 混凝土蠕變細觀力學模型 169
8.2.1 基于傳遞函數(shù)的有效夾雜相的有效蠕變 169
8.2.2 基于傳遞函數(shù)的混凝土有效蠕變 171
8.2.3 試驗驗證 173
8.3 骨料形狀對蠕變的影響 174
8.4 骨料粒徑、ITZ 對蠕變的影響 177
8.4.1 骨料粒徑分布 177
8.4.2 *大粒徑 179
8.4.3 細度 180
8.4.4 ITZ 厚度 181
8.4.5 ITZ 體積分數(shù) 182
8.4.6 ITZ 粘彈性系數(shù) 182
8.5 加載條件、水泥漿體性質對蠕變的影響 183
8.5.1 加載齡期 184
8.5.2 溫度 184
8.5.3 水灰比 185
8.5.4 Blaine 表面積 186
8.5.5 彈性水化產物的長徑比 186
8.5.6 從微觀到細觀尺度傳遞特征 187
8.6 小結 188
第9章 細--宏觀纖維增強混凝土的粘彈性性能 190
9.1 素混凝土蠕變輸入 190
9.2 纖維混凝土的蠕變模型 191
9.2.1 纖維與其錨固區(qū)組成的有效纖維相的蠕變 192
9.2.2 有效纖維與素混凝土組成的纖維混凝土的蠕變 195
9.2.3 錨固區(qū)參數(shù)反分析 197
9.3 纖維形狀對混凝土蠕變的影響 202
9.3.1 直鋼纖維 203
9.3.2 鉤端鋼纖維 204
9.3.3 波浪形鋼纖維 208
9.3.4 三種纖維形狀對比 210
9.4 纖維類型對混凝土蠕變的影響 211
9.4.1 纖維類型 211
9.4.2 不同類型纖維體積分數(shù) 212
9.5 纖維錨固區(qū)參數(shù)對混凝土蠕變的影響 213
9.5.1 體積系數(shù) kv 213
9.5.2 剛度增強系數(shù) kg 214
9.6 定向纖維方向對混凝土蠕變的影響 215
9.6.1 不同類型定向分布纖維混凝土蠕變 215
9.6.2 偏轉角度 θ 的影響 217
9.7 纖維摻雜對混凝土蠕變的影響 218
9.7.1 不同長徑比纖維的摻雜 218
9.7.2 不同形貌纖維的摻雜 219
9.7.3 不同類型纖維的摻雜 220
9.8 微細觀參數(shù)對纖維混凝土蠕變的影響 221
9.8.1 加載齡期 222
9.8.2 溫度 223
9.8.3 水灰比 223
9.8.4 Blaine 表面積 223
9.8.5 彈性水化產物的長徑比 224
9.8.6 骨料粒徑分布 225
9.8.7 *大粒徑 226
9.8.8 細度 226
9.8.9 ITZ 厚度 226
9.8.10 ITZ 粘彈性系數(shù) 227
9.8.11 骨料形狀 228
9.8.12 從細觀到細–宏觀尺度傳遞特征 229
9.9 小結 230
附錄 A 夾雜的 Eshelby 張量 232
附錄 B 橫觀各向同性復合材料彈性剛度張量的推導 238
參考文獻 243