舒 剛，張清華，黃 云，卜一之

（1.四川智通路橋工程技術(shù)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031；2.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川 成都 610031）

超高性能混凝土（UHPC）因其超高強(qiáng)度的砂漿或混凝土（抗壓強(qiáng)度高于150 MPa）基體，與高強(qiáng)混凝土相比脆性更大，因此大部分需要加入纖維，使用高強(qiáng)骨料的同時(shí)使用鋼纖維增強(qiáng)增韌，可以在保證強(qiáng)度的同時(shí)提高材料的韌性和延性，因此也被稱為超高性能纖維增強(qiáng)混凝土（UHPFRC）.因?qū)嶋H工程應(yīng)用中UHPC主要以UHPFRC的形式出現(xiàn)，文中如無(wú)特殊說(shuō)明，UHPC 均指含有鋼纖維的UHPFRC.UHPC因其內(nèi)部亂向分布鋼纖維與基體之間的高強(qiáng)粘結(jié)，使兩者能夠協(xié)同工作，利用鋼纖維的高抗拉強(qiáng)度使基體增強(qiáng)增韌，鋼纖維對(duì)于確保該材料具有超高性能起著至關(guān)重要的作用[1-4].當(dāng)前UHPC的工程應(yīng)用時(shí)間不長(zhǎng)，目前10～15 a的模型試驗(yàn)和工程實(shí)踐表明：只要鋼纖維不外露，UHPC致密的基體可以對(duì)內(nèi)部鋼纖維形成有效保護(hù)，防止其銹蝕，暴露在外的鋼纖維的銹蝕也不會(huì)繼續(xù)向內(nèi)部擴(kuò)展，僅限于表面部分銹蝕[5-6].但諸如橋面板等長(zhǎng)期局部輪載和環(huán)境耦合的服役條件以及其他惡劣使用條件，將導(dǎo)致UHPC基體開(kāi)裂，并進(jìn)一步銹蝕裂縫處的鋼纖維組織，造成結(jié)構(gòu)整體受力性能的退化和使用壽命的降低.鋼纖維銹蝕是影響UHPC使用性能的決定性因素.但當(dāng)前關(guān)于鋼纖維銹蝕的模擬方法及其對(duì)于UHPC材料性能方面的影響仍未系統(tǒng)開(kāi)展[7-8].隨著UHPC的推廣應(yīng)用，亟需對(duì)鋼纖維銹蝕的模擬方法及其效應(yīng)進(jìn)行研究.

作為新型的復(fù)合結(jié)構(gòu)水泥基材料，其力學(xué)特性研究存在挑戰(zhàn)性，當(dāng)前主要采用模型試驗(yàn)的方法.同時(shí)，局限于測(cè)試技術(shù)和手段，主要通過(guò)特定結(jié)構(gòu)的宏觀力學(xué)行為特性表征鋼纖維銹蝕對(duì)于材料性能的劣化效應(yīng)，難以探討并揭示鋼纖維銹蝕對(duì)材料受力性能的影響機(jī)理.將UHPC視作多相復(fù)合材料，基于Python程序?qū)BAQUS進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，研究UHPC細(xì)觀層次的建模方法、鋼纖維銹蝕的模擬方法和等效方法，并通過(guò)模擬四點(diǎn)抗彎試驗(yàn)驗(yàn)證了所提出模擬方法的有效性，為研究UHPC的細(xì)觀組成結(jié)構(gòu)與纖維增強(qiáng)增韌細(xì)觀力學(xué)機(jī)理提供了一個(gè)新的途徑.

1 細(xì)觀力學(xué)分析方法的建立

1.1 代表性體積元（RVE）的確定

細(xì)觀力學(xué)的基本思想是首先從研究對(duì)象中選取滿足一定尺寸要求的代表體積單元，盡管尺寸小但包含所研究材料的基本信息；然后運(yùn)用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的理論對(duì)RVE展開(kāi)分析，從細(xì)觀層次入手，獲取外荷載作用下結(jié)構(gòu)的損傷演化規(guī)律.由于復(fù)合材料中各相組分的構(gòu)成具有一定的隨機(jī)性和任意性，因而，假設(shè)復(fù)合材料在細(xì)觀層次上呈現(xiàn)周期性，可將復(fù)合材料看作是由多個(gè)RVE周期性排列組合而成的[9].

通常采用RVE來(lái)研究混凝土材料，主要是因?yàn)閷?duì)于實(shí)際工程中的大體量混凝土結(jié)構(gòu)而言，運(yùn)用細(xì)觀方法來(lái)研究有一定的困難.RVE在細(xì)觀分析中，將宏觀與細(xì)觀緊密地聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了二者的有機(jī)統(tǒng)一.在混凝土材料中，RVE的選取必須遵循以下原則：RVE的尺寸遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)的特征尺寸并且遠(yuǎn)大于非均質(zhì)材料組分的特征尺寸，可細(xì)化為兩方面：（1）保證 RVE 在宏觀層次上足夠小，便于分析；（2）保證RVE在細(xì)觀層次上足夠大，以確保該單元能夠包含分析所需細(xì)觀方面的所有信息和要素，進(jìn)而在統(tǒng)計(jì)意義上可代表局部連續(xù)介質(zhì)的平均性質(zhì).本文研究的是混凝土基體試樣，RVE的邊長(zhǎng)尺寸至少是內(nèi)部結(jié)構(gòu)的3～5倍[10].

1.2 隨機(jī)鋼纖維的生成原則和判定條件

采用Python軟件中的random（）函數(shù)設(shè)計(jì)算法.由于鋼纖維隨機(jī)分散在混凝土基體內(nèi)，即位置和方向是隨機(jī)的.因此，在建立鋼纖維模型時(shí)，給定鋼纖維的直徑和長(zhǎng)度，纖維中心點(diǎn)空間位置、空間中纖維與坐標(biāo)系的夾角運(yùn)用隨機(jī)函數(shù)進(jìn)行生成.三維鋼纖維混凝土模型的生成算法描述如下：

（1）計(jì)算出試樣中纖維的總數(shù)；

（2）首先生成單根鋼纖維的隨機(jī)取向和隨機(jī)位置；

（3）在試樣區(qū)域生成所有擬投放鋼纖維的隨機(jī)位置和方向.

其中，在RVE中隨機(jī)投放亂向均勻分布鋼纖維時(shí)，必須遵循以下原則：

（1）任意鋼纖維之間不相交；

（2）任意兩根纖維不重合；

（3）鋼纖維不能越界投放，即纖維不能超出RVE邊界范圍；

（4）投放纖維的總量必須達(dá)到預(yù)定數(shù)目.

纖維越界判定條件：每生成一根纖維，即檢查纖維的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)是否超出RVE范圍，如若超出范圍，則重新生成纖維的隨機(jī)位置，如果在RVE內(nèi)部，則保留該纖維并進(jìn)入下一輪判定該纖維是否與之前生成的纖維相交.

纖維相交或重合判定條件：每增加一根纖維，算出總體積，然后與之前的所有纖維進(jìn)行合并，再算總體積，如果二者相等，則纖維不交叉，若合并后的體積小于合并前，則交叉，需重新隨機(jī)生成一個(gè)纖維，合并前與合并后的體積是否相等作為判定條件.在合并纖維時(shí)，要借助ABAQUS中的布爾運(yùn)算（Boolean）.

1.3 鋼纖維總數(shù)確定和單根鋼纖維的生成方法

為了保證纖維的體積含量，在正式開(kāi)始投放纖維前，必須確定摻入纖維的總數(shù)量N，如式（1）.

式中：Lx、Ly、Lz為 RVE 的長(zhǎng)、寬、高；Fr為鋼纖維的體積含量；V0為單根鋼纖維的體積；math.ceil( )為向上取整函數(shù).

以p1點(diǎn)三維坐標(biāo) (p1_x，p1_y，p1_z) = (0，0，li/2)為起點(diǎn) (li為第i根鋼纖維長(zhǎng)度，i= 1, 2, 3，··，N)，(p2_x，p2_y，p2_z) = (0，0，-li/2)為終點(diǎn)，若要建立三維桁架鋼纖維，則生成相應(yīng)的線；若要建立實(shí)體長(zhǎng)直鋼纖維，則生成相應(yīng)的圓柱體；若要建立其他異形鋼纖維或帶缺陷纖維，而生成相應(yīng)的異形體或帶缺陷纖維體.如此就完成了單根鋼纖維的建立，將其命名為Fibre-i（如圖1），并利用隨機(jī)函數(shù)random.randint（），在 0°～180° 之間生成 3 個(gè)隨機(jī)角度α、β、γ.

圖 1 RVE中的第i根纖維(Fibre-i)Fig.1i-th fiber in the RVE

由于旋轉(zhuǎn)的角度是隨機(jī)的，將Fibre-i分別沿x軸、y軸、z軸旋轉(zhuǎn)α、β、γ，賦予鋼纖維隨機(jī)取向.旋轉(zhuǎn)后纖維起點(diǎn)坐標(biāo)為 (p1_x_3，p1_y_3，p1_z_3)，纖維終點(diǎn)坐標(biāo)為 (p2_x_3，p2_y_3，p2_z_3)，其坐標(biāo)值可通過(guò)旋轉(zhuǎn)變換公式得到.

獲得鋼纖維隨機(jī)取向后，需要進(jìn)一步得到鋼纖維的空間隨機(jī)位置，將隨機(jī)取向的鋼纖維由坐標(biāo)系原點(diǎn)沿著任意一個(gè)隨機(jī)向量平移到目標(biāo)位置.該隨機(jī)向量為 (tx，ty，tz)，其 3 個(gè)分量分別為

式中：j=x,y,z, random.uniform( )為生成指定范圍內(nèi)的隨機(jī)函數(shù).

之后通過(guò)平移得到纖維最終的起點(diǎn)坐標(biāo)(p1_x_t，p1_y_t，p1_z_t)和終點(diǎn)坐標(biāo) (p2_x_t，p2_y_t，p2_z_t)，其中：p1_j_t=p1_j_3 +tj，p2_j_t=p2_j_3 +tj.

得到第1根纖維后，需立即進(jìn)行判定，如若滿足3個(gè)原則的要求，則保留，否則需重新生成.

1.4 大批量鋼纖維隨機(jī)亂向均勻分布的實(shí)現(xiàn)

采用隨機(jī)序列吸附方法（RSA）生成多根隨機(jī)纖維[11]，即：首先隨機(jī)生成第1根纖維，既而隨機(jī)生成后續(xù)纖維；接著判斷后續(xù)纖維是否滿足條件（與前面所生成任意一根纖維不相交、不超出邊界條件等），滿足條件則保留；直到所生成的纖維達(dá)到預(yù)定數(shù)量或達(dá)到程序所設(shè)定的循環(huán)次數(shù)，程序結(jié)束,程序流程如圖2所示.

圖 2 隨機(jī)纖維生成流程Fig.2 Flow chart of random fiber

2 鋼纖維銹蝕的模擬方法和等效方法

2.1 銹蝕的模擬方法

由于現(xiàn)實(shí)中的銹蝕是不規(guī)則而且很難量化的，考慮到坑狀銹蝕相對(duì)于均勻銹蝕來(lái)說(shuō)對(duì)鋼纖維的力學(xué)性能退化影響更顯著[8]，因此在模擬鋼纖維銹蝕時(shí)，著重考慮坑蝕的影響.在模擬坑蝕時(shí)，通常有兩種思路：第1種借鑒鋼筋銹蝕的建模方法，采用實(shí)體單元模擬鋼纖維，然后在銹蝕的位置挖出相應(yīng)的銹坑.徐亦冬[12]在研究混凝土中鋼筋的不均勻銹蝕時(shí)，采用了橢球形銹坑和錐形銹坑（如圖3），并通過(guò)相應(yīng)控制點(diǎn)的坐標(biāo)來(lái)控制坑蝕的深度和長(zhǎng)度；第2種是考慮銹蝕造成的截面損失，用多節(jié)點(diǎn)桁架單元（T3D2）來(lái)模擬鋼纖維，給銹坑處相應(yīng)的桁架單元賦予削減后的截面特性，其他位置賦予正常截面.這兩種方法各有優(yōu)缺：第1種方法更接近真實(shí)銹蝕形態(tài)，能直觀反應(yīng)銹坑處的應(yīng)力集中，但建模復(fù)雜計(jì)算規(guī)模很大計(jì)算效率很低；第2種方法建模簡(jiǎn)單計(jì)算量小，但用規(guī)則截面替代銹蝕后的不規(guī)則截面，無(wú)法反應(yīng)銹坑處的真實(shí)形態(tài)，而且兩種截面過(guò)渡不均也容易產(chǎn)生應(yīng)力集中.

圖 3 坑蝕特征Fig.3 Pit erosion characteristics

文中采用第1種方法模擬銹蝕，為此需要對(duì)不規(guī)則銹坑進(jìn)行一些必要的簡(jiǎn)化，假設(shè)鋼纖維的坑蝕表現(xiàn)為橢球形銹坑，且在鋼纖維長(zhǎng)度方向上分布規(guī)律相同.

在建模時(shí)，采用橢球體對(duì)鋼纖維柱體進(jìn)行布爾相減，切割出寬度為w，深度為h的銹坑（如圖 4），同時(shí)以w和h來(lái)表征銹蝕的程度 η .銹坑在鋼纖維上的位置也可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)化修改.

圖 4 橢球形銹坑Fig.4 Ellipsoidal rust pit

2.2 銹蝕的等效方法

為了在保證工程所需精度的前提下，盡量將復(fù)雜的復(fù)合材料體系簡(jiǎn)化.在ABAQUS中，對(duì)部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分后，可通過(guò)創(chuàng)建網(wǎng)格部件，然后將材料屬性以截面指派的方式賦予給部件指定的單一網(wǎng)格區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)網(wǎng)格進(jìn)行材料設(shè)定.掌握了這一原理，可通過(guò)編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)程序化材料屬性批量隨機(jī)修改.

這種算法的原理是借助Inp文件，將ABAQUS中的單元和材料分配信息讀取出來(lái)，從所有的單元中，按照3種材料各自所占的比例，隨機(jī)選出一定數(shù)量的單元排列組合后存入相應(yīng)的數(shù)組，再將對(duì)應(yīng)的材料屬性賦予給這個(gè)數(shù)組中的單元，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)所有單元的材料屬性隨機(jī)化分配.整個(gè)過(guò)程可借助python或者M(jìn)ATLAB工具進(jìn)行分組和賦值工作.

3 模擬方法的驗(yàn)證

3.1 4點(diǎn)彎曲有限元模型的建立

通常在測(cè)量材料的彎曲性能時(shí)，有兩種試驗(yàn)方法，即三點(diǎn)彎曲和四點(diǎn)彎曲.兩者的區(qū)別在于簡(jiǎn)支試件上方有一個(gè)加載點(diǎn)還是兩個(gè)加載點(diǎn).不同的加載方式得到的抗彎強(qiáng)度不同，兩者加載方式各有優(yōu)劣：三點(diǎn)彎曲加載方式簡(jiǎn)單，但荷載施加集中，彎曲分布不均勻，某些部位的缺陷可能顯示不出來(lái)，達(dá)不到效果；四點(diǎn)彎曲彎矩均勻分布，試驗(yàn)結(jié)果較為準(zhǔn)確.此處為了驗(yàn)證算法程序，參考文獻(xiàn)[13]，建立了圖5所示UHPC梁四點(diǎn)抗彎模型，其中F為施加的荷載.

圖 5 四點(diǎn)抗彎模型Fig.5 Model of the four-point bending

針對(duì)鋼纖維尺寸和數(shù)量采用參數(shù)化建模的手段，其初始參數(shù)為：纖維長(zhǎng)為15.0 mm，直徑為0.3 mm.

在建模時(shí)，UHPC基體用實(shí)體單元模擬，鋼纖維分別采用桁架單元和實(shí)體單元模擬（如圖6所示）.當(dāng)鋼纖維總量達(dá)到預(yù)定數(shù)目后，將所有隨機(jī)亂向均勻分布的鋼纖維合并為一個(gè)部件實(shí)例，便于后續(xù)的屬性分配和網(wǎng)格劃分.

圖 6 鋼纖維三維模型Fig.6 3D model of steel fiber

在模擬混凝土本構(gòu)關(guān)系時(shí)，采用ABAQUS 提供的塑性損傷模型，并選取了應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系定義混凝土材料本構(gòu)，然后通過(guò)定義UHPC的塑性參數(shù)、壓縮損傷參數(shù)和拉伸損傷參數(shù)來(lái)控制混凝土的塑性行為.楊克家等[14]基于傳統(tǒng)損傷指數(shù)定義，將 RPC 損傷演化方程轉(zhuǎn)化為應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，并通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，ABAQUS有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)吻合良好.此處采用文獻(xiàn)[14]中提供的CDP本構(gòu)模型參數(shù)，鋼材的本構(gòu)模型選用形式較為簡(jiǎn)單的雙折線模型.

3.2 細(xì)觀力學(xué)分析方法的驗(yàn)證

此處以纖維體積含量1%為例，建立的UHPC梁有限元模型如圖7所示，摻入鋼纖維的體積含量分別為0%、1%、2%、3%，對(duì)應(yīng)的纖維分布模型如圖8所示.

圖 7 UHPC梁有限元模型Fig.7 Finite element model of UHPC beam

3.3 銹蝕模擬方法的驗(yàn)證

鋼纖維銹蝕對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響不僅與銹蝕程度有關(guān)，還與纖維的體積含量有關(guān)，研究這兩個(gè)參數(shù)的交互作用可以更深入地挖掘纖維對(duì)基體的作用規(guī)律.當(dāng)用實(shí)體單元模擬鋼纖維時(shí)，巨大的單元數(shù)量使得計(jì)算效率十分低下.故本文僅考慮纖維體積含量為1% 時(shí)不同銹坑參數(shù)對(duì)應(yīng)的銹蝕情況.在確定銹蝕參數(shù)時(shí)，高丹盈等[8]在實(shí)驗(yàn)室條件下通過(guò)0～60 d干濕循環(huán)對(duì)鋼纖維進(jìn)行預(yù)銹蝕處理得到了銹蝕時(shí)長(zhǎng)與銹坑尺寸之間的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，本文參照文獻(xiàn)[8]確定的銹坑參數(shù)組合見(jiàn)表1.

在得到單根帶缺陷鋼纖維后，利用前述算法，可以實(shí)現(xiàn)帶缺陷鋼纖維的大批量隨機(jī)亂向投放，由此建立的有限元模型如圖9所示，考慮到帶缺陷鋼纖維實(shí)體單元很難完全用六面體網(wǎng)格離散，故在劃分網(wǎng)格時(shí)采用了四面體網(wǎng)格單元，該單元適應(yīng)性強(qiáng)，但精度比六面體網(wǎng)格單元相對(duì)較差而且網(wǎng)格數(shù)量較多.

3.4 銹蝕等效方法的驗(yàn)證

以初始材料比例，采用材料屬性隨機(jī)化分配的方式建立有限元模型，如圖10所示，圖中不同顏色的色塊表征不同的材料屬性.

將3種材料屬性隨機(jī)化分配的目的是模擬鋼纖維銹蝕對(duì)結(jié)構(gòu)受力和變形的宏觀影響，使用這種等效方式，首先需要根據(jù)鋼纖維的銹蝕程度來(lái)調(diào)整3種材料屬性的隨機(jī)分配比例，銹蝕程度和隨機(jī)材料比例之間尚沒(méi)有明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，只能憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬后再與試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，從中總結(jié)提煉出規(guī)律，這項(xiàng)工作有望在以后的研究中開(kāi)展.

圖 8 纖維分布模型Fig.8 Model of fiber distribution

3.5 有限元結(jié)果分析

隨著位移加載的進(jìn)行，梁體逐漸下?lián)?，分別提取UHPC梁跨中位置處的荷載-撓度曲線，得到的匯總結(jié)果，如圖11所示，隨機(jī)材料初始體積比例為混凝土∶鋼纖維∶鐵銹 = 0.7∶0.2∶0.1，其中：VF、VP分別為不同纖維體積含量下，ABAQUS有限元計(jì)算和文獻(xiàn)[15]中提取的荷載-撓度結(jié)果.由ABAQUS分別計(jì)算出UHPC梁的抗彎強(qiáng)度，得到的匯總結(jié)果如圖12所示.提取等效模型的Mises應(yīng)力如圖13所示.

表 1 銹坑參數(shù)Tab.1 Pit parameters

圖 9 銹蝕鋼纖維有限元模型Fig.9 Finite element model of corroded steel fiber

圖 10 隨機(jī)材料屬性有限元模型Fig.10 Finite element model of random material properties

圖 11 荷載-撓度曲線Fig.11 Load-deflection curve

研究結(jié)果表明：（1）荷載-撓度曲線上升段的斜率可近似表征UHPC的彈性模量，其值隨著鋼纖維體積含量的增加而增大；摻入鋼纖維后對(duì)UHPC有明顯的增強(qiáng)、增韌效果，不摻入鋼纖維的素UHPC基體呈現(xiàn)出脆性，而摻入鋼纖維后的UHPC梁均表現(xiàn)出一定的延性；（2）相比不摻入鋼纖維的素UHPC基體，摻入鋼纖維后混凝土的抗彎強(qiáng)度大幅提升，但強(qiáng)度的提升與鋼纖維體積含量的增加不成正比，當(dāng)鋼纖維的體積含量為2%時(shí)，對(duì)混凝土抗彎強(qiáng)度的提高最明顯，這與文獻(xiàn)[16]和文獻(xiàn)[17]中，長(zhǎng)直鋼纖維在體積含量為2%時(shí)，UHPC達(dá)到抗彎強(qiáng)度峰值的結(jié)論相吻合；（3）鋼纖維銹蝕削弱了其對(duì)UHPC基體的增強(qiáng)效果，對(duì)比坑蝕深度和坑蝕寬度的數(shù)據(jù)可以看出，坑蝕深度對(duì)UHPC梁抗彎強(qiáng)度的影響更為顯著，這與文獻(xiàn)[8]中的結(jié)論也比較吻合，截面的削弱、銹蝕對(duì)界面粘結(jié)的破壞以及銹坑處的應(yīng)力集中是造成UHPC梁強(qiáng)度下降的主要原因；（4）對(duì)比前面的荷載-位移結(jié)果，在隨機(jī)材料屬性比例得當(dāng)?shù)那闆r下，等效方式對(duì)位移的模擬結(jié)果能達(dá)到預(yù)期的效果，但由于材料屬性的隨機(jī)化分配導(dǎo)致梁體各個(gè)單元的剛度也是隨機(jī)分配的，相鄰單元的應(yīng)力結(jié)果將不連續(xù)，不同單元甚至出現(xiàn)局部區(qū)域應(yīng)力過(guò)大的情況.因此，該等效方式可以用于位移的數(shù)值分析，但并不適用于應(yīng)力的數(shù)值模擬.

圖 12 抗彎強(qiáng)度Fig.12 bending strength

圖 13 隨機(jī)材料屬性下的Mises應(yīng)力Fig.13 Mises stress diagram of random material properties

4 結(jié) 論

將UHPC視作僅由鋼纖維和混凝土組成的兩相材料體系，通過(guò)自行設(shè)計(jì)算法編寫Python腳本文件對(duì)ABAQUS進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，提出了鋼纖維銹蝕的細(xì)觀力學(xué)分析模擬方法，實(shí)現(xiàn)了UHPC細(xì)觀層面三維有限元模型的建立，然后發(fā)展了鋼纖維銹蝕的模擬方法，在此基礎(chǔ)上提出了一種材料屬性隨機(jī)化分配的銹蝕等效方法，并分別建立了纖維銹蝕帶缺陷UHPC梁模型和材料屬性隨機(jī)化分配UHPC梁模型，通過(guò)模型試驗(yàn)對(duì)所提出的模擬方法進(jìn)行了驗(yàn)證.研究結(jié)論如下：

（1）所提出的算法原理簡(jiǎn)單、執(zhí)行方便，能夠較好地實(shí)現(xiàn)UHPC中大批量鋼纖維的隨機(jī)亂向均勻分布建模，具有一定的通用性，能適應(yīng)任意形式的纖維，為UHPC細(xì)觀力學(xué)特性研究提供了新的分析手段.

（2）考慮到算法的難易和計(jì)算規(guī)模的大小，所采用的鋼纖維銹蝕模擬方法，適當(dāng)做了一些簡(jiǎn)化，但仍能在一定程度上對(duì)鋼纖維的銹蝕效應(yīng)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，揭示鋼纖維銹蝕的一些客觀性規(guī)律，對(duì)于鋼纖維這種狹長(zhǎng)結(jié)構(gòu)、坑蝕深度的影響要明顯大于坑蝕寬度的影響，說(shuō)明鋼纖維對(duì)銹蝕深度更加敏感.

（3）在研究鋼纖維銹蝕的等效手段時(shí)，給UHPC梁隨機(jī)賦予3種材料（混凝土、鋼纖維、鐵銹）屬性的方式只能從“宏觀層面”對(duì)UHPC中鋼纖維的銹蝕進(jìn)行等效，缺乏力學(xué)原理上的解釋，因而適用范圍受限.這種等效方式能較好地模擬UHPC梁的宏觀變形，但無(wú)法真實(shí)地模擬荷載作用下梁體的應(yīng)力場(chǎng)分布情況.

（4）鋼纖維摻量的多少對(duì)UHPC梁的強(qiáng)度和變形的影響也各不相同，當(dāng)鋼纖維體積含量為2%時(shí)，UHPC梁的抗彎性能最佳.

（5）銹蝕造成了鋼纖維截面的削弱和銹坑附近應(yīng)力集中，削弱鋼纖維與混凝土基體之間的界面粘結(jié)，最終影響是鋼纖維力學(xué)性能的退化，結(jié)構(gòu)受力性能的劣化和使用壽命的降低，并且銹蝕程度越深影響越明顯.