混凝土受拉随机损伤本构关系及其应用

利用扩展的弹簧模型 ,从细观层次上分析了混凝土试件在单调拉力作用下的宏观性能 ,解释了混凝土单轴受拉应力 -应变关系中的应变软化和应力跌落现象 ;基于静力平衡和变形协调条件 ,建立受拉本构关系 ;利用单轴受拉试验 ,确定细观损伤单元的极限破坏应变随机场分布参数 ;与已有试验结果相比较 ,结果吻合较好     

混凝土轴心受拉全曲线试验的新方法

混凝土轴拉应力-应变全曲线反映了混凝土强度、变形等诸多特性,在总结和分析了不同拉伸应力-应变全曲线试验方法的基础上,基于细观损伤模型的损伤本构关系模型,提出了在混凝土轴心受压试验的同时通过测定混凝土横向拉伸变形,利用优化算法识别得到混凝土拉伸损伤参数和材料常数,进而得到混凝土单轴抗拉强度和应力-应变全曲线,并用已有试验结果加以验证。结果表明,理论预测结果与试验结果吻合良好。     

混凝土火灾损伤本构模型研究

混凝土材料在高温作用下的力学性能研究对混凝土结构防火设计和火灾损伤评估具有重要意义。构建了混凝土火灾损伤本构模型,引入热损伤反映温度对混凝土弹性模量、抗拉强度、抗压强度等力学参数的影响,考虑到混凝土受拉和受压状态下的不同的损伤特性,将混凝土材料的损伤分为受压损伤、受拉损伤和热损伤三种。建立了损伤演化、塑性流动以及内变量演化方程,通过塑性-损伤耦合,描述了不同温度和应力状态下混凝土的应力-应变特性,证明了模型严格符合热力学定律。利用所建立的本构模型对不同温度下的混凝土单轴拉伸、压缩试验进行了模拟计算,计算结果与试验结果能较好地吻合,证明了模型的合理性。     

新型UHPC应力-应变关系研究

通过对不掺硅灰的新型超高性能混凝土的单轴压缩和单轴拉伸试验研究,获得了UHPC轴压应力-应变曲线和轴拉荷载-位移曲线。试验表明相比普通混凝土,UHPC轴压应力-应变曲线具有较长的线性段,UHPC具有良好的受压变形性能;UHPC开裂后裂缝间的钢纤维开始发挥作用,轴拉应力随裂缝宽度的增大和钢纤维的拔出而逐渐减小。基于试验并结合已有研究成果,建立了UHPC单轴受压和单轴受拉的本构方程,可供设计参考。     

混凝土单轴动态受拉损伤试验研究

混凝土结构在使用过程中,都要遭受地震、爆炸、冲击等动态荷载作用,在动态荷载作用下,混凝土的动态特性及损伤特性将发生很大改变.通过在MTS试验机上对普通混凝土受拉试件在应变率10-5%～10-1/s范围内进行动态单轴直接拉伸试验,以切线模量的退化来量度损伤,从损伤的角度把混凝土受拉应力一应变上升段曲线分为3个阶段,即初始损伤未发展阶段、损伤稳定发展阶段、损伤不稳定阶段.研究表明,随着应变率的变化,损伤未发展阶段的最大应力水平也随之增加.同时分析了动态荷载下混凝土的抗拉强度、弹性模量、临界应变及泊松比的变化,结果表明混凝土的弹性模量和泊松比随着应变率的增加变化不大;混凝土的抗拉强度、临界应变与应变率之间呈线性关系,并给出了抗拉强度、临界应变受应变率影响的经验公式.     

混凝土多轴等幅疲劳性能研究

利用大型多轴疲劳试验机,进行了双轴拉-压、三轴拉-压-压等幅循环荷载作用下混凝土的疲劳性能研究.分析了不同侧压比、不同应力水平下混凝土的多轴等幅疲劳破坏形态、疲劳强度以及残余应变的变化规律,得到了应力水平-疲劳寿命(S-N)曲线及其表达式.结果表明:在等幅疲劳荷载下,混凝土多轴疲劳破坏形态与侧压比无关;残余应变呈三阶段发展规律,受侧压比影响较大,几乎与应力水平无关.定义相对残余应变为损伤变量,建立了损伤演变方程,为混凝土多轴等幅疲劳试验研究及疲劳损伤评价提供参考.     

混凝土单轴受拉动力本构试验技术

通过对混凝土单轴受拉试验方法的研究,提出了影响混凝土单轴受拉应力-应变全曲线的影响因素,结合以往研究成果,建议了一种用于混凝土单轴受拉的试验方法。采用MTS815试验机,考虑三种加载速率,在位移和应变率双重控制下,对混凝土试件进行了动力加载条件下的单轴受拉应力-应变全曲线试验。结果表明,该方法简单方便,引伸计所测部位应力分布均匀,试验结果稳定,为研究混凝土在动力加载条件下的破坏机理提供了试验依据。     

钢筋活性粉末混凝土简支梁正截面受力性能试验研究

通过轴压和轴拉试验,得到了活性粉末混凝土受压和受拉应力-应变全曲线方程。通过6根钢筋活性粉末混凝土梁受弯性能试验,得到了此类梁在各级荷载作用下纯弯区段受压边缘压应变及应变沿梁高的分布,获得了试验梁的开裂弯矩和极限弯矩,考察了试验梁的变形及裂缝分布与开展。试验结果表明：钢筋活性粉末混凝土试验梁受压边缘极限压应变为5500×10-6,纯弯区段开裂应变为750×10-6,截面抵抗矩塑性影响系数计算应考虑纵向受拉钢筋的有利影响。建立了考虑截面受拉区拉应力贡献的正截面承载力计算公式和反映钢筋活性粉末混凝土梁自身受力特点的刚度及裂缝宽度计算方法,可供钢筋活性粉末混凝土梁设计时参考。图9表10参11     

不同加载速率下废玻璃粉混凝土单轴拉伸试验研究

通过直接拉伸的试验方法。研究了废玻璃粉掺量0、10%、20%的混凝土试件在五种不同加载速率下的破坏形态及破坏机理;并借鉴平行杆模型PBS,建立废玻璃粉混凝土单轴抗拉细观损伤模型,得到损伤关系和试验中的应力应变曲线非常相似,说明了混凝土单轴拉伸细观损伤模型是可以用于废玻璃粉混凝土中的;废玻璃粉混凝土极限抗拉强度随着加载速率的增加而提高,为研究动态抗拉强度与加载速率的关系,对加载速率与动态抗拉强度的影响进行线性回归拟合,得到动态抗拉强度增量与加载速率近似关系。     

模拟酸雨环境下混凝土抗拉性能试验研究

为揭示酸雨环境下混凝土抗拉性能的变化规律,在实验室配置了pH1.0硝酸硫酸混合溶液来模拟酸雨环境,采用完全浸泡的加速腐蚀试验方法对40个哑铃形混凝土试件进行不同程度的腐蚀,完成了受侵蚀不同程度的混凝土单轴拉伸试验.结果表明:在腐蚀初期,混凝土的抗拉强度、弹性模量和峰值应变逐渐递增;随腐蚀时间的延长,抗拉强度和弹性模量逐渐降低,但峰值应变仍继续增长;在相同环境下,混凝土抗压强度对腐蚀环境的敏感性较抗拉强度的敏感性大.基于试验结果,提出了酸雨环境下混凝土单轴抗拉应力-应变曲线上升段统一数学表达式.     

基于损伤的混凝土剪切应力-应变关系

从微观层次上分析了混凝土试件在单调剪切荷载作用下的损伤破坏机制，解释了混凝土剪切本构关系的非线性和宏观特征；借助能量原理，建立了混凝土剪切本构方程模型；在混凝土的断裂应变服从对数分布假设的前提下，分析得出应力-应变关系仅与混凝土的峰值点割线剪切模量及原点切线剪切模量有关，该式能反映混凝土剪切试验上升段的几乎所有特点，与已有曲线相比较，结果吻合较好。     

双轴拉压混凝土在冻融循环后的力学性能及破坏准则

北方寒冷地区的大多数混凝土结构物和水坝等处于复杂应力状态,冻融循环对混凝土的力学性能产生不利影响。利用大连理工大学海岸和近海工程国家重点试验室的大型混凝土静、动三轴试验系统,对经过0,25,50,75次冻融循环的混凝土,进行了0,-0.05,-0.15,-0.25共4种比例加载路径的双轴拉压试验,测得了混凝土的抗压强度和抗拉强度,及2个加载方向的应变,并根据试验结果,系统地探讨了冻融循环后,混凝土在不同拉压比下的双轴拉压强度和变形特性,发现随冻融循环次数的增加,混凝土的抗压强度、抗拉强度明显降低,拉压比对冻融循环后混凝土强度和变形性能有明显的影响。在主应力空间和八面体应力空间建立了同时考虑冻融循环次数和拉压比的冻融循环后混凝土双轴拉压的破坏准则,与试验值符合较好。经分析得出结论,实际工程中,处于双轴拉压应力状态的混凝土结构的抗冻融循环能力低于单轴应力状态的混凝土结构,因此,设计时要引起足够的重视。     

定侧压混凝土双轴等幅拉压疲劳性能试验研究

针对预应力混凝土桥梁在使用荷载下出现的双轴拉-压疲劳状态,通过自行改造的MTS试验机对定侧压下混凝土等幅拉-压疲劳性能进行了试验研究。在对试验结果进行分析的基础上,综合单轴拉-压疲劳的结论给出了该种疲劳状态下混凝土的S-N关系和双轴疲劳强度包络线。根据试验过程中实测的应力-应变数据分析了混凝土的变形性能,提出了疲劳总应变、第二阶段应变率及疲劳变形模量与疲劳寿命之间的关系式。研究结果表明:定侧压作用下混凝土拉-压疲劳破坏形态与侧压水平无关;侧压降低了混凝土拉-压疲劳强度,侧压水平越高其降低得越明显。     

多类混凝土和各向同性岩石损伤比强度准则

针对已有损伤比变量下的损伤比强度理论仅适用于混凝土且偏平面略有内凹等不足,基于多轴应力下混凝土损伤比强度理论的一般形式,根据已有试验资料关于普通混凝土、再生骨料混凝土、轻骨料混凝土和各向同性岩石破坏包络面的特征,建议考虑Lode角和静水压力对受压损伤比影响以及考虑材料类型对受拉损伤比影响的六参数损伤比变量表达式,且损伤...     

不同侧向应力作用下轻骨料混凝土力学性能研究

从轻骨料混凝土双轴受力状态和粘结性能2个角度出发,研究不同侧向应力作用下轻骨料混凝土的力学性能。结果表明:双轴压-压工况下,侧向应力较大或较小时,试件呈现劈裂或剪切破坏形态,峰值应变绝对值随侧向应力增加而减小;双轴拉-压工况下,无论侧向应力为何值,试件均呈现劈拉破坏形态,峰值应变随侧向压力增加而减小;粘结滑移曲线在不同侧向拉力时,升高段和降低段呈现非同种特性,平均粘结强度随侧向拉力均值的增加而降低。基于Kupfer提出轻骨料混凝土双轴力学性能新破坏准则,可以良好描述轻骨料混凝土在侧向应力作用下的破坏规律。     

混凝土二维本构关系试验研究

本文采用Instron-8506四立柱液压伺服试验机对混凝土二维本构关系进行了系统的试验研究。在应变控制加载的条件下测得了混凝土板式试件在二轴压-压区和拉-压区的双轴应力应变全曲线。分析了试件的破坏特点,讨论了不同应变组合条件下试件的破坏模式。提取全曲线的特征参数,建立了应力空间和应变空间的强度包络线,并与经典试验结果进行了对比。研究表明双轴应变比例控制加载条件下可以测得混凝土板式试件的二轴应力应变全曲线,所得曲线具有一定的精度和可信性。本文得到的应力应变全曲线和包络线为多轴本构关系的研究以及复杂结构设计提供了依据。     

混凝土双轴抗压疲劳累积损伤规律试验研究

本文在对混凝土立方体试件进行定侧压下双轴等幅与变幅抗压疲劳试验的基础上,研究了素混凝土双轴抗压疲劳累积损伤性能。通过对试验结果的分析,证明Miner准则不适于描述疲劳损伤的累积规律;CortenDolan损伤公式可以用于混凝土剩余疲劳寿命的预测。分别选择疲劳最大应变、疲劳残余应变、疲劳变形模量和横向超声波速定义了损伤,得到了不同的损伤累积规律;在综合了纵向变形、模量及横向微裂缝的发展程度的基础上提出了混凝土平均损伤变量,得到了损伤演化方程。本文还应用二级变幅疲劳试验结果修正了常用的损伤等效原理,大大提高了混凝土剩余疲劳寿命预测的精度。本文的研究为混凝土在定侧压下双轴抗压疲劳寿命的预测和损伤评价奠定了基础。     

钢筋混凝土柱在弯剪扭耦合作用下的试验研究

为了研究钢筋混凝土柱在双向受力及扭转耦合作用下抗震性能,采用矩形、菱形、椭圆形的位移加载模式分别对3个钢筋混凝土柱进行了拟静力试验.根据试验结果对试件的滞回曲线,恢复力特性、累积滞回耗能及损伤特性进行了分析.