中文摘要：

混凝土材料的结构特性所导致的尺寸效应与损伤演化诱致灾变破坏的关系尚不清楚，而其尺寸效应又是将实验室测量结果外推应用于实际工程结构灾变破坏预测的关键问题。混凝土最大应力点后的应力应变关系的软化特征及灾变破坏点位置与试样的尺寸效应密切相关，也正是混凝土骨料致使材料的力学性能具有两种尺寸依赖性。目前对混凝土损伤演化诱致灾变破坏的规律还有待探究，尤其是骨料粒径与混凝土灾变破坏的关系还十分不清楚。本项目拟通过对不同骨料混凝土试样的单轴压缩实验的观测，研究混凝土骨料粒径对试样最大应力点后的软化特征的影响规律，着重于混凝土灾变破坏的尺寸效应与骨料粒径的关联，以得到不同骨料混凝土试样强度性质的"尺寸效应"的实验结果。利用统计细观力学方法及数值模拟阐明骨料对混凝土灾变破坏的尺寸效应的力学机理，以使材料损伤局部化区的特征尺度能引入混凝土构件的极限承载力分析中。

结论摘要：

混凝土材料的结构特性所导致的尺寸效应与损伤演化诱致灾变破坏的关系尚不清楚，而尺寸效应又是将实验室测量结果外推用应用实际工程结构灾变破坏预测的关键问题。本项目通过对混凝土试样单轴静压和周期加载实验，①利用数字散斑分析技术，获得混凝土试样加载过程中表面应变场变化规律；②周期加载不同阶段的超声波检测，获取混凝土试样内部损伤量变化状态；③利用全信息声发射信号分析技术，获得不同骨料粒径混凝土试样内部损伤区域的演化特征。三种实验方法相互印证，探究了静动载条件下表面特征和骨料粒径对混凝土损伤演化至灾变破坏的影响规律。 本项目研究了混凝土及组分材料的细微观组织结构力学性能。在建立增量形式颗粒复合材料本构方程和等效弹性模量基础上，推导了混凝土等效体积弹性模量和等效剪切弹性模量表达式；基于Ramburg-Osgood方程，得到了增强颗粒体积分数对混凝土应力-应变曲线的影响，以及骨料与基体界面脱粘损伤对复合材料本构关系的影响。在颗粒断裂增量损伤模型中引入界面相，考虑界面厚度和弹性模量对颗粒复合材料在颗粒断裂损伤过程中的影响；间接将颗粒尺寸计入本构方程，分析混凝土骨料尺寸对材料本构关系的影响，反映骨料尺寸对界面体积分数和复合材料损伤过程的作用。基于Eshelby 等效夹杂理论及Mori-Tanaka平均化方法，推导描述颗粒断裂损伤过程的本构方程，得到整体复合材料、基体、颗粒、断裂颗粒及界面相的应变与复合材料总应力和损伤过程引起的应力变化表达式。 采用离散体积骨料模型和随机骨料模型的有限元分析，分析了骨料尺寸对应变局部化的影响和表面第一主应变涨落分布规律对混凝土破坏形貌预测的效果；给出了骨料粒径和表面状态对混凝土局部化区平均应变、局部化程度、以及发生灾变性破坏的影响规律。 本项目提出了计算胶结型颗粒复合材料宏细观力学性能的组合球单元法，得到了组合球单元轴向、切向及弯曲刚度，利用直接法构建了组合球单元的刚度矩阵；将材料细观结构等效为刚性梁-弹簧网络模型，有效地计算了材料宏观弹性常数及细观力学性能。本项目的研究结果揭示了骨料与混凝土损伤演化诱致灾变破坏的作用关系，特别是试样表面特征和骨料粒径对混凝土材料力学性能的影响，探讨了尺寸效应与混凝土破坏失效的关联性；解释了骨料粒径在混凝土试样应变软化过程中的作用，为探索混凝土损伤诱致灾变破坏的尺寸效应描述做了基础研究工作。