具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明。

本发明公开的超高性能混凝土的力学性能预测方法，具体过程如下；

基于CEMHYD3D水化模型，结合经典的水泥化学理论，将粉煤灰以及硅灰耦合入CEMHYD3D中，建立水胶比≤0.2条件下水泥-粉煤灰-硅灰三元胶凝体系水化微结构演变模型，水泥-粉煤灰-硅灰三元胶凝体系水化7d微结构如图1所示，粉煤灰以及硅灰的加入使得水泥基复合材料的微结构更加复杂,粉煤灰的玻璃相主要是活性SiO₂和Al₂O₃相组成，参与反应的活性二氧化硅全部生成C-S-H凝胶，由于粉煤灰一般CaO含量较低，活性二氧化硅和氧化铝发生火山灰反应时形成的C-S-H凝胶的Ca/Si低于纯硅酸盐水泥体系,公式(1)～(7)分别列出了粉煤灰以及硅灰掺水泥中后的化学反应式，式中，下方的数字为化学体积计量数。

利用上述建立的水泥石微结构模型，嵌入到通用有限元软件ANSYS的LS-DYNA模块建立微观尺度有限元模型如图2所示，进行准静态力学性能模拟，以得到UHPC胶凝材料体系微观力学性能参数。由所建立的CEMHYD3D水化模型可知，水泥石微结构模型尺寸为100μm×100μm×100μm，单元网格尺寸为边长1μm的立方体，按照单元尺寸进行有限元网格划分，共计空间六面体八节点单元100万个。胶凝体系部分物相力学性能如表1所示，通过计算可以得到如表2所示的净浆尺度力学强度为62MPa。

表1胶凝体系部分物相力学性能

表2净浆细观计算参数

根据骨料粒径分布，建立细骨料三维空间随机堆积模型，随后采用映射网格方法，进行网格划分，在细砂浆细观数值模型中,。采用LS-DYNA中的实体单元和材料模型CONCRETE_DAMAGE_Rel3(MAT_072R3)对砂浆基体进行建模，细骨料采用HOLMQUIST-JOHNSON-COOK材料模型(HJC模型)，将表3中的骨料力学特性和净浆尺度力学强度代入砂浆有限元模型中得到细观尺度砂浆应力应变关系，砂浆的应力云图如图4(a)所示，骨料的应力云图如图4(b)所示，通过细观尺度砂浆应力应变关系计算可以得到砂浆尺度力学强度为130.2MPa。

表3细骨料细观计算参数

纤维作为UHPC的重要组成部分，需要对其进行三维重构，根据其形貌特征，建立细骨料三维空间随机堆积模型如图5所示，其次建立UHPC细观有限元模型，UHPC基体和端板采用三维八节点常应力实体单元，并采用基于刚性的沙漏控制，沙漏系数(QM)取为0.02。钢纤维采用beam单元。采用了最大等效应变准则，即当单元最大等效应变达到0.06时单元便被删除，不再参与计算。考虑到计算的精确性与计算量的限制，UHPC砂浆单元尺寸取10mm，钢纤维单元尺寸取3mm。纤维采用*MAT-PLASTIC-KINEMATIC模型，对于UHPC砂浆材料，选择其材料模型为K&C模型，而压杆采用弹性模型，即(MAT_003)，UHPC材料各组分模型参数如表4所示，将纤维力学特性和步骤(2)得到的细观尺度砂浆力学参数，代入UHPC有限元模型中进行计算，得到宏观尺度UHPC的应力应变关系。

表4UHPC细观模拟参数

将通过本发明计算出的超高性能混凝土力学性能与试验结果对比，结果如图6所示，根据图6可以看出本申请与试验结果相比具有良好的一致性。