基于离散元方法的竹纤维增强轻骨料混凝土单轴抗压性能模拟研究
Simulation study on uniaxial compressive performance of bamboo fiber reinforced lightweight aggregate concrete based on discrete element method
关键词：
竹纤维；轻骨料混凝土（LAC）；单轴抗压强度；离散元方法；数值模拟；细观机理
Key words：
Bamboo fiber; Lightweight aggregate concrete (LAC); Uniaxial compressive strength; Discrete element method; Numerical simulation; Microscopic mechanism
刊期：
2026年第2期
DOI：
10.19761/j.1000-4637.24090476
文章编号：
基金项目：
上海市科委科研计划项目（18DZ2282600）；上海建工集团股份有限公司资助项目（22YJKF-34、24JCYJ-04）。
作者：
朱 然1，2
单位：
1.上海建工集团股份有限公司，上海 200080；2.上海高大结构高性能混凝土工程技术研究中心，上海 201114
摘要
摘 要：研究了竹纤维的掺量（0、0.1%、0.5%）和长度（0、7.5、22.5 mm）对轻骨料混凝土（Lightweight aggregate concrete，LAC）抗压强度的影响。采用离散元方法从细观层次上模拟了竹纤维增强LAC的单轴抗压性能，揭示了竹纤维的作用机制。结果表明：随着竹纤维掺量和长度的增加，LAC的抗压强度均呈先增大后减小的趋势，最佳掺量和长度分别为0.1%和7.5 mm；建立的离散元模型能够较好地模拟竹纤维增强LAC的单轴抗压性能；竹纤维增强LAC中的接触类型有基质间接触、基质-骨料界面接触、骨料间接触、基质-纤维界面接触、纤维间接触。
Abstract: The influence of bamboo fiber content (0, 0.1%, 0.5%) and length (0, 7.5, 22.5 mm) on the compressive strength of lightweight aggregate concrete (LAC) was studied. The discrete element method was used to simulate the uniaxial compressive performance of bamboo fiber reinforced LAC at the microscopic level, and the action mechanism of bamboo fiber was revealed. The results show that with the increase of bamboo fiber content and length, the compressive strength of LAC shows a trend of first increasing and then decreasing. The optimal content and length are 0.1% and 7.5 mm, respectively. The established discrete element model can simulate the uniaxial compressive performance of bamboo fiber reinforced LAC well. The contact types in bamboo fiber reinforced LAC include matrix to matrix contact, matrix-aggregate interface contact, aggregate to aggregate contact, matrix-fiber interface contact, and fiber to fiber contact.
结论
（1）掺入适量竹纤维可以提高LAC的抗压强度；当竹纤维掺量相同时，短纤维对LAC抗压强度的增强效果明显优于长纤维。
（2）采用离散元方法建立的竹纤维增强LAC的数值模型精度较高，能够较好地模拟竹纤维增强LAC的单轴抗压性能，并揭示竹纤维在LAC中的增强机理。
（3）竹纤维增强LAC的破坏模式主要表现为基质间、骨料间、基质-骨料界面发生接触破坏，竹纤维的掺入在一定程度上改变了LAC的抗压破坏模式，有效提升了其承载能力。
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引用本文
朱然.基于离散元方法的竹纤维增强轻骨料混凝土单轴抗压性能模拟研究[J].混凝土与水泥制品,2026(2):27-33.
ZHU R.Simulation study on uniaxial compressive performance of bamboo fiber reinforced lightweight aggregate concrete based on discrete element method[J].China Concrete and Cement Products,2026(2):27-33.
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