基于统一强度理论的高强混凝土强度准则

通过对几种双剪强度准则破坏面特征的分析,发现双剪剪应力型材料四参数统一强度理论和非线性统一强度理论具有描述高强混凝土多轴强度特性能力,在此基础上利用现有的多组高强混凝土的单轴抗拉强度、单轴抗压强度、双轴等压强度或常规三轴压缩强度试验结果确定以上两种强度准则中的材料参数,对二轴受力、常规三轴受力和真三轴受力状态的高强混凝土试验数据进行拟合分析,并与其他破坏准则进行了比较。结果表明:上述两种强度理论中剪应力型材料四参数统一强度理论与试验数据吻合较好,可描述常规三轴压强度随着围压增加的非线性特性,以及真三轴强度随中间主应力变化的整体趋势。该准则较其他常用混凝土准则描述效果也相对理想,参数b在[0,0.3]范围取值可获得较小的拟合偏差。此外,利用归一化方法对现有大量试验数据进行处理,以准则破坏面与所有试验点的偏差最小为优化判据,为该准则确定了一套普遍适用于高强混凝土的材料参数值。在缺少标定参数的试验成果时,可采用该普适参数初步确定高强混凝土的强度准则。     

多轴应力条件下碾压混凝土层面抗剪强度试验研究

针对碾压混凝土重力坝和拱坝等坝体真实的工作受力状况,对碾压混凝土拱坝所用的二级配混凝土材料成型的本体、层面处理和层面不处理试件,进行了单轴及多轴应力条件下的剪切试验研究。试件尺寸为150mm×150mm×150mm,试验比较了不同应力状态对本体和含层面试件的抗剪强度和变形特性的影响。结果表明：在低应力压剪和压压剪应力状态下,所有试件抗剪强度和极限变形均有所提高;在有拉应力存在的状态下,所有试件抗剪强度均有所降低;复合应力状态下三种试件强度和变形特性有一定的差异。在以上试验基础上提出了碾压混凝土在复杂应力状态下的多轴剪切强度破坏准则。     

多轴受力下混凝土强度和变形的试验研究

为模拟二滩高拱坝混凝土的复杂受力状况,利用研制的多功能真三轴加压装置,进行了混凝土试件的双轴、三轴受压,一轴受拉另一轴或另二轴受压下的强度和变形的试验研究。根据试验成果建立了双轴、三轴各应力问关系的回归方程及应力与应变关系式。本项研究为校核二滩高拱坝混凝土的安全度、为高拱坝设计中考虑混凝土的力学特性提供了数据。     

多轴应力条件下碾压混凝土层面抗剪强度试验研究

针对碾压混凝土重力坝和拱坝等坝体真实的工作受力状况，对碾压混凝土拱坝所用二级配混凝土材料成型的本体、分层处理和分层不处理试件，进行了单轴及多轴应力条件下的剪切试验研究。试件尺寸为150mm×150mm×150mm，试验比较了不同应力状态对本体和含层面试件的抗剪强度和变形特性的影响，结果表明，在低应力压剪和压压剪应力状态下，所有试件抗剪强度和极限变形都有所提高，在有拉应力存在的状态下，所有试件抗剪强度有所降低，复合应力状态下三种试件强度和变形特性有一定的差异。在以上试验基础上给出了碾压混凝土在复杂应力状态下的多轴剪切强度破坏准则。     

混凝土二轴受压与二轴拉压强度及其在拱坝设计中的应用

在真三轴拉压刚性试验机上,对二滩拱坝混凝土进行了二轴受压和二轴拉压强度试验。二轴受压强度与应力比有关。当应力比为0.05和0.1时,二轴受压强度分别比单轴抗压强度提高25％和35％。二轴拉压强度,抗压强度和抗拉强度分别随拉应力和压应力的增加而降低。拱坝按二轴强度设计较为合适。本文提出了在遵从现行有关规定的条件下采用二轴强度修改拱坝强度设计的方法     

多轴等效应变损伤模型及其在混凝土坝工作性态分析中的应用

基于混凝土单轴拉伸应力应变曲线模型和四参数等效应变,给出一种修正的四参数多轴等效应变损伤模型,通过与单轴拉伸、单轴压缩、双向拉伸、双向压缩、双向拉压以及三向压缩这6种受力状态的试验资料进行对比以验证其有效性。采用该多轴等效应变损伤模型对混凝土剪切试验组合受力情况、混凝土重力坝和混凝土拱坝等结构工作性态进行数值分析,得到静力荷载下的结构损伤和应力响应,评价了结构正常工作性能及安全性。结果表明,剪切试验数值模拟结果与试验成果吻合良好,可以对以剪切为主的组合受力情况进行分析,该模型适用于复杂应力状态下的计算;典型重力坝和拱坝损伤分布区域及应力分布规律合理,该模型可以对混凝土坝工作性态及其安全性进行分析。     

混凝土容许应力研究

本文在总结了国内外有关混凝土试件尺寸效应、多轴强度和变形试验研究的基础上,提出了不同形状和尺寸试件在不同受力状态、加荷速率及变形特性影响下的容许使用强度表达式。公式较真实地反映了大体积混凝土的强度特性,直观地表明了在某运行状态下混凝土可容许承受的应力。     

防渗墙刚性混凝土单轴及三轴受压的本构关系试验研究

采用简易σ－ε测试系统和日本产动液压伺服铡性试验机进行了防渗墙用刚性混凝土的单轴及三轴受压的全应力－应变试验，并分析了刚性混凝土在受压时不同阶段的破坏行为。成果表明：试验所用的刚性混凝土弹模值较低，比例极限较高，峰值应变较大；低围压的三轴状态下刚性混凝土的轴压强度和弹模随围压增加而增大，但弹强比则相反，这种刚性混凝土作防渗墙墙体材料对周围介质的变形有较好的适应能力，全应力－应变曲线对防渗墙的非线性     

全级配混凝土在破坏时的应力和变形关系

为了探讨全级配大骨料混凝土的多轴受力状态，本文采用试验的方法比较了全级配混凝土和湿筛混凝土在双轴拉压受力情况下在破坏时的强度和变形特性。通过对试验结果的分析看出，不论混凝土试件的骨料和尺寸大小如何，其破坏时的极限应力包络线都是相似的，并都可近似用一直线来代替，文中给出了这些极限应力的回归表达式。全级配混凝土与湿筛混凝土在破坏时混凝土的主拉应变与其平均应力具有较高的相关性，而混凝土的主压应变则与在受压方向上的最大压应力值同混凝土的单轴受压强度的比值具有较高的相关性。全级配混凝土与湿筛混凝土在破坏时的应力应变关系曲线具有相似的外形，其本构关系曲线可用统一的模式来描述。最后，用三组图形比较了试验测量结果和给定的本构关系方程的吻合性。     

三轴受压状态下轻骨料混凝土的强度特性

本文利用自制的混凝土三轴试验系统,对国内尚未研究的轻骨料混凝土在常规三轴及真三轴受压状态下的强度特性进行了试验研究;分析了中间应力对强度的影响;在与普通混凝土三轴受压状态下的特性进行比较中,发现它与普通混凝土的显著差别除极限强度低外,在三向高压应力比下具有明显的平台流塑特性。据此,提出轻骨料混凝土在八面体应力空间下表述的强度准则。该准则的特点是考虑了平台流塑应力的影响;考虑了罗德角影响的偏平面上的强度包络线方程,形式简单,且能充分满足边界条件,与试验结果符合较好。本文的工作为充分利用轻骨料混凝土在三轴应力状态下的强度,提供了试验及理论依据。     

三级配大骨料混凝土双轴抗压性能试验分析

利用自行研制的大型混凝土静、动三轴试验系统,完成了5种应力比、4种应变率、3种含水状态（干燥、自然、饱和）的三级配大骨料混凝土双轴动态抗压试验。试验研究了含水率对三级配大骨料混凝土动态极限抗压强度的影响,并在此基础上提出考虑含水率影响的大骨料混凝土动态破坏准则。研究表明,饱和混凝土试件在高应变率下的强度明显提高,而在低应变率下强度则有所降低。在相同应变率下,极限抗压强度在应力比为1∶0.5时达到最大值。影响三级配大骨料混凝土试件破坏形态的主要因素为应力比,其动态极限抗压强度随含水率的增大而增大,而静态极限抗压强度随含水率的增大而减小;单轴受压状态下的变形明显小于双轴受压,试件的峰值应变随应变率的增大而减小。     

基于内聚力模型的混凝土细观拉压统一数值模拟方法

将混凝土内聚力模型的适用范围从原来的细观受拉断裂模拟拓展到了细观受压断裂模拟,并实现了用统一的数值方法来模拟混凝土受压和受拉的细观损伤破坏行为。参考以往的试验研究以及结合内聚力模型的特点,定义了内聚力单元的混合断裂准则以及全局接触关系;建立了不同网格精度的对照模型,讨论了网格敏感性问题;模拟了混凝土在单轴拉伸和压缩作用下的受力全过程,并对断裂能、界面强度、骨料形状和骨料材料类型进行了参数研究;从破坏形态和力学响应的角度探究了混凝土细观断裂和接触行为对整体力学性能的影响。结果表明:较受拉数值模拟,受压数值模拟结果的网格敏感性问题更突出,过粗的网格划分会限制模型的内力重分布;混凝土在单轴受拉时发生的是偏向于Ⅰ型断裂的混合型断裂,其中因Ⅰ型和Ⅱ型断裂能之差所致的混合型断裂能约占受拉总断裂能的一半;骨料颗粒的光滑程度越高,混凝土的单轴极限拉压强度也越高,但颗粒间的机械咬合作用越弱,导致抗压强度退化越快。     

混凝土动态性能试验研究现状及展望

介绍了混凝土动态特性的研究进展情况;综述了混凝土强度在动态荷载下的变化规律,包括单轴抗压强度、单轴拉伸强度以及多轴应力状态下的极限强度;论述了应变速率对混凝土变形性能的影响,包括弹性模量、泊松比、临界应变等;以及应变速率对混凝土破坏模式和吸能能力的影响.指出了目前试验研究工作存在的问题,并对未来的发展趋势进行了展望.     

混凝土静,动力双剪损伤本构理论

本文根据双剪应变理论，利用单轴拉伸和单轴压缩状态下混凝土的损伤应变阈值，建立起混凝土的初始损伤面和多轴应力状态下混凝土的损伤演化方程，并推出了多轴状态下混凝土的损伤本构方程。文中还利用单轴状态下动力损伤与静力损伤之间的关系，类推出多轴状态下动力损伤与静力损伤之间的关系，从而建立起混凝土在多轴状态下的动力损伤本构模型。     

单轴压缩作用下混凝土全场应变分析方法研究

为了分析对混凝土单轴受压过程中全场应变特征,对混凝土进行单轴压缩试验,使用数字散斑技术对受压过程进行全场应变信息采集,分析过程中应变变化规律。使用离散元PFC~(2D)建立模型,对全场应变云图及裂纹特征进行模拟分析,并对模拟压缩过程中的裂纹数目进行监测。结果表明,所建立的模型能够较好反映混凝土单轴受压过程中全场应变变化情况。     

基于不同混凝土强度准则的高拱坝脆性破坏范围研究

基于目前拱坝安全度评价中不同的混凝土强度准则对应的坝体破坏范围不同,介绍了采用的脆性破坏本构关系和单轴、双轴、三轴三种混凝土强度准则。以溪洛渡水电站高拱坝为例进行了计算。结果表明三轴强度准则对应的建基面相对破坏范围与双轴强度准则对应的结果基本相同,比单轴强度准则的结果稍大。双轴和三轴强度准则同时考虑了第一主应力为拉应力和第三主应力为压应力对坝体破坏的影响,而且坝体底部上游侧部分区域处于拉压状态,评判更加合理。     

三轮加载下混凝土的变形和强度

本文利用自制的三轴试验系统对2个大型水电站大坝混凝土及一般配比的混凝土在三轴加载下的强度和变形特性进行了试验研究,特别对国内外较少进行的变形特性给予了重点分析。应力组合除三向受压外还包含了国内外较少进行的对强度起控制作用的二压一拉状态,给出了在各种应力组合下混凝土的变形和强度特性;分析了中间应力对强度的影响;并建议了一个用八面体应力表达的混凝土强度准则。该准则的特点是包含了三轴拉压应力状态,并把真三轴、常规三轴、平面应力和平面应变等多种应力状态统一地用相对简单的线性方程表示,便于工程设计的应用。     

钢管超高性能混凝土短柱轴心受压应力-应变关系试验研究

为研究钢管超高性能混凝土短柱轴心受压性能,通过改变钢管壁厚,设计５组共计１５个试件,采用静力试验研究试件应力-应变曲线及破坏模式,分析钢管壁厚对轴压性能的影响规律。试验结果表明,试件均为强度破坏;钢管超高性能混凝土短柱轴心受压全过程主要分为弹性段、弹塑性段和平稳段三个阶段;混凝土强度和钢管壁厚对试件应力-应变关系曲线影响较大;提高混凝土强度和钢管屈服强度均能显著提高试件承载力。基于试验,提出钢管超高性能混凝土轴压短柱计算公式。     

混凝土在三轴压力下的强度、变形和破坏准则

混凝土结构物多处于复杂的多轴应力状态,而目前我国仍以混凝土的单轴抗压强度为标准进行设计,没有考虑多轴应力下的混凝土的性能,这样无论从建筑物的安全方面还是经济方面都是不太合理的.此外,由于电子计算机和有限单元法的广泛应用,使了解混凝土在多轴应力状态下的应力应变关系已成为迫切的问题.     

方钢管超高强混凝土短柱轴压性能数值模拟分析

通过有限元软件ＡＢＡＱＵＳ建立方钢管超高强混凝土短柱轴心受压非线性有限元计算模型,研 究了构件受力行为,分析了混凝土强度、含钢率及钢材屈服强度对核心混凝土纵向应力－应变关系以及 构件承载力的影响。结果表明:构件均为强度破坏,方钢管超高强混凝土短柱轴心受压全过程主要分为 弹性段、弹塑性段、下降段、平稳段四个阶段;混凝土强度及含钢率对核心混凝土纵向应力－应变关系曲 线影响较大,钢材屈服强度对其影响不明显;提高混凝土强度、增大含钢率和提高钢材屈服强度均能显 著提高构件承载力,但构件延性随混凝土强度增加而降低,钢材屈服强度对构件延性影响不明显。