碾压混凝土内时损伤本构模型

本文应用内时理论和损伤力学建立了碾压混凝土压剪及压压剪状态下的内时损伤本构模型。其特点是：混凝土的弹塑性特性由内时理论描述，而破坏由损伤力学来描述。前者使本构模型摆脱了一般弹塑性中屈服面的概念，从而简化了非线性计算过程；后者使微裂纹引起的软化、体积膨胀等都可由损伤变量来考虑；从而既反映了混凝土的本质特性，又使模型的参数和基本方程大大减少。应用本文建议的模型分析碾压混凝土压剪及压压剪状态剪应力－应变关系，所得计算结果与试验数据相符合，可作为碾压混凝土重力及拱坝设计的依据。     

考虑反复加载时混凝土损伤积累的RC平板及剪力墙的有限元分析模型的开发

反复荷载作用下的混凝土、钢筋的本构模型是评价和分析钢筋混凝土(RC)结构的承载力-变形特性关键,旨在开发适用于反复荷载作用下RC平板、剪力墙的2维非线性有限元分析的材料本构模型,探讨并推出了反复荷载作用下在混凝土的本构模型中考虑混凝土损伤积累的方法;并对RC平板和剪力墙进行了反复加载的2维有限元模拟。分析结果与实验结果的比较表明,采用所建议的考虑损伤积累的2维非线性有限元分析模型由加载至最大承载力前能很好的模拟反复加载时RC平板、剪力墙的非线性特性。     

混凝土确定性及随机性损伤本构模型研究进展

混凝土损伤本构模型的建立对表征混凝土力学行为与认识其本质至关重要。从确定性与随机性两个层面梳理了国内外混凝土损伤本构模型的研究历史和最新进展情况,针对不同模型的损伤定义方式、损伤演化规律、损伤物理机制等进行探讨,通过对比分析总结了混凝土材料的非线性、随机性和动力荷载下的率敏感性等特征,提出发展混凝土损伤本构模型的关键问题,为建立更完善的混凝土损伤本构模型提供参考。     

混凝土坝地震动力损伤分析

基于塑性损伤本构理论,将损伤变量作为内变量,在Drucker-Prager本构模型中引入损伤变量,考虑材料损伤引起的材料劲度的退化,基于非关联流动法则计算材料的塑性应变,根据材料的有效塑性应变计算损伤量,考虑到张开裂缝闭合时材料弹性劲度的恢复,推导了考虑塑性损伤的混凝土动态本构关系,并给出了内变量的计算步骤和动力方程的迭代格式。最后利用建立的动态本构模型对Koyna重力坝进行了非线性地震响应时程分析,并给出了关键时刻坝体最大受拉损伤分布,结果表明在坝颈和坝基处出现了较大的损伤,坝颈处的损伤最终形成由下游向上游的开裂破坏,这与该坝的实际震害较为一致。     

基于应变空间的碾压混凝土各向异性损伤本构模型

根据碾压混凝土材料的力学特性和损伤拉压显著不同的特点,分别在拉应变和压应变空间建立了碾压混凝土的本构关系和损伤演化方程。在拉应变空间,碾压混凝土的变形特性表现为脆弹性,考虑弹性与损伤耦合,应用正交各向异性损伤理论描述碾压混凝土的刚度退化和应变软化;在压应变空间,考虑弹塑性与损伤耦合,应用内时理论来描述碾压混凝土的弹塑性特性,正交各向异性损伤理论来描述微裂缝扩展引起的刚度退化和应变软化,内时理论没有屈服面,使模型的参数和方程大大减少,从而简化了非线性计算过程。计算结果表明,该模型能够较好地描述碾压混凝土在单轴和多轴加载下的性质。     

混凝土双轴拉-压综合随机损伤本构关系研究

实际工程中的混凝土结构大多处于复杂应力状态,该文考虑混凝土组成材料物理性能的差异及横向变形性等特点,基于混凝土单轴受拉弹簧-摩擦块细观单元,建立混凝土双轴拉-压随机损伤细观模型。在双轴拉-压荷载组合作用下,根据混凝土破坏过程中的能量守恒原理,分别建立超高强高性能混凝土、普通混凝土及高强混凝土综合随机损伤本构关系,并针对损伤本构函数进行多参数灵敏度分析。通过理论值与试验结果的比较,验证了提出的随机损伤本构关系的有效性。     

损伤力学理论在混凝土结构中的应用技术进展

总结了最近几年国内外基于损伤力学理论的混凝土结构性能研究。详细概述了静力损伤本构关系、动力损伤本构关系、弹塑性损伤本构关系、混凝土随机损伤本构关系、徐变损伤模型、冻融作用下的损伤模型和腐蚀-化学作用下的损伤模型。总结了该研究领域存在的一些问题,并对今后的研究方向提出了建议。     

混凝土重力坝抗震配筋加固数值模拟分析

针对地震作用下重力坝损伤开裂直接影响大坝安全问题,以Koyna水坝为研究对象,提出两种不同抗震配筋形式,利用混凝土塑性损伤开裂模型计算不同配筋方案混凝土重力坝地震响应。采用钢筋混凝土嵌入式模型考虑钢筋加强作用,据断裂能守恒原理调整混凝土软化段曲线,获得强化后混凝土本构。数值分析结果验证在坝体薄弱部位进行抗震配筋的必要性与实用性。     

考虑应变率效应的混凝土单轴压缩统计损伤本构模型

基于统计损伤理论,建立考虑应变率效应的混凝土单轴压缩统计损伤本构模型。考虑细观断裂和屈服两类损伤模式,将临界状态作为均匀损伤阶段向局部破坏阶段过渡的转折点,且滞后于峰值应力状态。在动态荷载作用下,混凝土内部细观结构的力学性能发生变化,同时微裂纹的扩展形态、路径和和数量较准静态发生显著改变,进而改变了两类细观损伤模式的演化过程,可由5个特征参数来表征。开展混凝土单轴压缩动态力学性能试验,获得了10-5～10-2/s应变率范围内的应力-应变曲线。利用6组试验数据对模型进行验证,结果表明：模型预测曲线与试验曲线吻合良好,表征细观损伤机制的特征参数随着应变率的提高显示出明显的规律性。该模型可以较好地描述混凝土的动态力学行为,在应变率效应机理、细观损伤机制、宏观非线性本构行为之间建立起有效的联系。     

基于统计损伤理论的硫酸盐侵蚀混凝土本构模型研究

基于统计损伤理论及宏观试验现象,该文建立了考虑硫酸盐侵蚀影响的混凝土单轴、双轴压缩统计损伤本构模型。混凝土变形破坏被理解为细观断裂、屈服两种损伤模式的连续累积演化过程。硫酸盐侵蚀效应改变了混凝土微结构的组成成分和力学特征,进而改变了微裂纹萌生、扩展的形态以及损伤的累积演化过程,可通过改变断裂和屈服两种细观损伤机制演化过程的概率分布形态来模拟。分析结果表明:在硫酸盐侵蚀环境下,侵蚀程度的加深显著改变了混凝土细观损伤累积演化过程,最终导致混凝土宏观力学性能呈现先“强化”后“弱化”的现象。在此过程中,细观损伤演化过程呈现出明显地规律性,可由统计损伤模型中5个特征参数的变化规律表征。该文模型为复杂环境下侵蚀混凝土细观损伤过程预测和分析提供了新的方法和工具。     

Response of concrete gravity dam by damage model under seismic excitation

The aim of this study is to investigate the earthquake damage response of the concrete gravity dam. It is well known that simulation of concrete structures up to rupture requires nonlinear behavior of the models. The material behavior whose principle is based on the damage mechanics has been implemented in a finite element program. This model takes into account the dissymmetry of the behavior of concrete and considers cracking in tension and rupture in compression. The dynamic equilibrium equations of motion are solved by using the explicit central difference method which is based on approximation of velocities and accelerations with quotients of finite difference of known values of displacements with regular time step. For numerical application, two dimensional seismic analysis of Koyna gravity dam is performed by using the 1967 Koyna earthquake records. The results obtained are shown in the time history graphs of the horizontal and vertical displacements of the nodal point located at the crest of the dam. These are the stresses, the strains and the cumulated damage at the integration points respectively.     

反映阻尼影响的混凝土弹塑性损伤本构模型

通过引入有效阻尼应力和阻尼应力,提出了一种基于损伤的阻尼模型,并与混凝土弹塑性损伤本构模型相结合,建议了一类可以直接在材料层次考虑阻尼耗能影响的弹塑性损伤本构模型。当材料处于线弹性阶段,该阻尼模型退化为经典的Rayleigh刚度比例阻尼;同时,还可以描述材料非线性阶段损伤演化引起的耗能能力降低、裂缝闭合后耗能能力(部分)恢复等典型的非线性结构阻尼行为。利用建议的本构模型,通过HHT-α方法可以将结构的动力非线性分析转化为常规的无阻尼结构动力学问题来处理,十分方便有限元方法实现。对Koyna大坝的地震动时程分析结果表明了建议模型及其数值算法的有效性,可以应用于混凝土结构的非线性动力反应分析。     

基于动态黏结滑移性能的钢筋混凝土分离式模型研究

基于钢筋混凝土黏结滑移机理,搭建能够描述循环荷载作用下钢筋混凝土之间黏结性能变化过程的动态黏结-滑移本构关系,并结合单弹簧联结单元法建立钢筋混凝土分离式模型.模型避免了人为选择法向刚度困难的问题,并通过局部坐标系求解钢筋单元解决工程配筋布置问题,保证了复杂受力条件下的计算精度与计算效率.结合混凝土损伤模型进行经典算例分...     

基于能量耗散碾压混凝土重力坝地震损伤分析

摘　要：采用塑性损伤力学对混凝土重力坝进行非线性动力分析,通过研究塑性损伤本构中滞回曲线的特点以及地震中重力坝裂缝发展特征和结构能量耗散机理,建立了包含能量特性的大坝整体损伤评价指标。通过分析发现强震作用下坝体上部的损伤是结构的主要损伤,地震中的能量以结构阻尼耗散能量为主,混凝土损伤和塑性耗散的能量所占比例不大,但与裂缝的发展有直接关系。提出的大坝整体损伤指标可以综合的反应结构的整体损伤程度,以此对结构进行抗震设计,可以提高结构的抗震性能。     

混凝土结构三维损伤开裂破坏全过程非线性有限元分析

本文建立了损伤理论与强度准则相结合的本构模型,在宏观裂缝出现以前用损伤力学理论及宏观裂缝出现以后仍考虑损伤用强度理论进行从损伤→开裂→破坏的全过程三维非线性有限元分析。结合实例计算,所得结果与其它软件分析结果有较好的可比性。     

A mesh-free approach for fracture modelling of gravity dams under earthquake

Fracture is a major cause of failure for concrete gravity dams. This can result in the large-scale loss of human lives and enormous economic consequences. Numerical modelling can play a crucial role in understanding and predicting complex fracture processes, providing useful input to fracture-resistant designs. In this paper, the use of a mesh-free particle method called smoothed particle hydrodynamics (SPH) for modelling of gravity dam failure subject to fluctuating dynamic earthquake loads is explored. The structural response of the Koyna dam is analysed with the base of the dam being subjected to high-intensity periodic ground excitations. The SPH prediction of the crack initiation location and propagation pattern is found to be consistent with existing FEM predictions and experimental results from physical models. The transient stress field and the resulting damage evolution in the dam structure were monitored. The amplitude and frequency of the ground excitation is shown to have considerable influence on the fracture pattern and the associated energy dissipation. The fluctuations in the kinetic energy of the dam wall and its fragments are found to vary with different frequencies and amplitudes as the structure undergoes progressive fracture. The dynamic responses and the fracture patterns predicted establish the strong potential of SPH for fracture modelling of dams and similar large structures.     

基于主余震序列的高拱坝极限抗震能力损失研究EI北大核心CSCD

目前,高拱坝的抗震安全性分析中仅考虑单独主震的作用,而忽略地震中可能伴随发生的多次余震,对高拱坝在主余震序列作用下的动力响应规律尚缺乏充分认识。以大岗山拱坝为例,建立了综合考虑坝体损伤非线性、横缝开合以及半无限地基辐射阻尼效应的拱坝-库水-地基有限元分析模型,并基于耐震时程法(ETA)构建主震-ETA余震序列进行高拱坝非线性动力分析。研究结果表明:ETA的计算结果与增量动力分析法(IDA)具有可比性;高拱坝的极限抗震能力在主震受损情况下将发生损失,且随主震强度增大而损失增加。最后,基于主震-ETA余震序列计算结果给出了大岗山拱坝的极限抗震能力损失曲线。