玄武岩纤维混凝土单轴受拉损伤本构模型研究

为探究玄武岩纤维混凝土单轴受拉状态下的受力行为，采用等效应变假定理论，建立玄武岩纤维混凝土单轴受拉损伤演化方程。结合相关试验数据对考虑纤维影响的材料参数进行标定，得到单轴受拉损伤本构模型。通过试验曲线与理论曲线对比分析，验证损伤本构模型的准确性。以玄武岩纤维混凝土-钢筋梁三分点加载为例，运用该本构模型进行结构有限元分析，数值模拟结果与试验结果吻合程度较高，表明运用该损伤本构模型对结构受力进行分析具有可行性。     

改进的混凝土弹塑性损伤本构

针对现有的混凝土弹塑性损伤本构模型的缺陷,利用能够反映混凝土拉压方向不同强度特性的Hsieh-Ting-Chen四参数屈服函数,基于热力学耗散原理提出了一种新的混凝土弹塑性损伤本构模型,并且进行单轴拉伸和单轴压缩下,应力-应变关系的数值试验。和其它混凝土弹塑性损伤本构模型相比,提出的弹塑性损伤本构模型有其优点:只有一个未知参数,其余的参数都和Hsieh-Ting-Chen混凝土四参数屈服函数的参数相同,易于确定未知参数;并且拉压损伤演化定律采用相同的计算公式,能够较好地反映混凝土在复杂应力状态下的拉压不同的损伤特性及应力-应变曲线。     

混凝土弹塑性损伤本构模型参数及其工程应用

为提高弹塑性损伤本构模型的工程实用性,研究各参数取值对模型损伤发展、塑性发展及材料应力应变关系的影响.拟合参数取值与混凝土材料常用指标弹性模量、单轴抗压强度及单轴抗拉强度联系之间的函数关系,提出实用的参数取值确定方法.对规范规定的各强度混凝土材料进行数值模拟,结果表明:模型及参数确定方法能够较准确地模拟混凝土材料的各种非线性本构行为.采用用户材料子程序UMAT进行本构模型在ABAQUS中的二次开发,对上海某酒店项目进行数值模拟:在结构设计软件PKPM中完成建模,将模型转换为ABAQUS模型进行计算,并将计算结果与振动台试验结果进行比较.结果表明:各振形计算自振频率相差在5%以内,顶层位移时程除个别极值外总体匹配较好,楼层位移差在10%以内,最大层间位移除个别楼层相差达到30%以外,一般楼层相差10%左右,验证了所提出的参数确定方法及本构模型是合理有效的;通过分析结构各关键时刻损伤分布云图,表明弹塑性损伤本构模型能够实时反映结构的破坏过程,便于分析者直观地把握结构破坏形态.     

碾压混凝土断裂的数值仿真分析

本文提出了一种计算模拟混凝土构件荷栽──位移全过程曲线的方法──刚度荷载法，并采用基于钝裂带模型（ＢＣＢＭ）的混凝土材料全量型本构关系和三线型应变软化为线，编制了相应的计算分析程序，对碾压混凝土三点弯曲梁、楔入劈拉、碾压混凝土拱坝诱导缝典型结构等构件进行了计算分析，得到了结构”的荷载一位移全过程曲线、碾压混凝土材料拉伸软化曲线参数等一些有意义的数据和结果。计算结果与试验结果及用虚拟裂纹模型计算的结果吻合较好。     

纤维增强混凝土拉伸软化本构方程的实验确定方法

本文提出了用带切口梁的三点弯曲试验确定纤维增强混凝土拉伸软化本构方程的方法。通过切口梁三点弯曲试验获得的载荷－加载点位移曲线可间接得到纤维增强混凝土在拉伸过程中断裂过程区的能量损耗和拉伸分离位移之间的定量关系，由此即可通过数值方法拟合出其拉伸软化本构方程。     

混凝土单调荷载作用下弯曲损伤指标的研究

根据所使用的混凝土本构模型,采用分段拟合的方式,导出了单调荷栽作用下混凝土的受拉损伤指标;提出了混凝土梁在单调荷载作用下的弯曲损伤指标β,推导得到了它的解析表达式,通过单轴拉伸实验对受拉损伤指标以及弯曲损伤指标β的合理性进行了验证,得到了混凝土梁弯曲损伤指标随应变的变化规律.结果表明混凝土梁在峰值以前的损伤是不可忽略的,邻近峰值时,其抗弯刚度降低29.12%,在梁丧失承载力时损伤为0.79.     

基于应力-应变曲线的混凝土弹塑性损伤本构模型

为了准确地模拟混凝土材料的力学性能,从有效应力的角度出发,基于连续损伤力学基本原理,根据混凝土的应力-应变关系曲线(以改进的Saenz曲线为例),推导出混凝土受压损伤演化方程,建立基于应力-应变曲线的混凝土弹塑性损伤本构模型,并且开发进入ABAQUS中;通过数值模拟与试验结果对比分析,结果表明该本构模型可很好地描述混凝土的塑性变形、刚度退化的力学行为;对钢筋混凝土桥墩的振动台试验进行模拟,结果表明该模型可较好地模拟地震作用下钢筋混凝土桥墩的损伤演化过程,因此该方法建立的混凝土弹塑性损伤本构模型具有工程应用意义.     

高强度混凝土的细观损伤本构模型研究

基于轴向拉伸与压缩试验观测资料，论述了高强度混凝土的细观损伤机理和以应力与应变全曲线及其特征点相对应参数建立的损伤本构模型，提出了拉、压二向应力状态时的本构模型和正交异性损伤本构模型，同时还引入其他学者提出的混凝土三向应力状态各向同性损伤时的本构模型，并提出了高强度混凝土的损伤断裂判据     

基于复合屈服准则的混凝土塑性损伤模型

引入拉伸损伤变量和剪切损伤变量来共同描述损伤对混凝土宏观力学性能的劣化,采用带拉断的Mohr-Coulomb准则作为塑性损伤模型的屈服准则以及非关联的Drucker-Parager塑性势函数,在热力学和连续损伤理论的框架内建立损伤准则和损伤演化方程,提出了一种改进的混凝土塑性损伤模型,并采用基于完全隐式的向后Eu-ler积分算法进行应力更新。在ABAQUS平台上,采用UMAT进行改进的塑性损伤本构模型的二次开发,并进行了单轴和多轴数值验证。计算结果表明:数值结果和理论曲线及试验成果吻合很好,验证了本构模型的合理性。     

冻融循环作用下煤矸石混凝土的损伤特性及本构关系

考虑煤矸石粗骨料取代率（0、20%、40%、60%）的影响,开展冻融循环试验、单轴受压本构试验及声发射检测试验,研究煤矸石混凝土的损伤本构模型。研究结果表明：不同取代率的煤矸石混凝土的相对峰值应变与冻融损伤值具有较高的相关性,所得冻融损伤值与相对峰值应变的方程可为本构模型的建立提供有效参数。煤矸石混凝土声发射特性与其荷载损伤发展情况、力学性能、应力–应变曲线有紧密联系,基于受压声发射特性,采用PBS平行杆力学模型建立了未冻融循环作用下煤矸石混凝土的荷载损伤模型,并结合其冻融损伤模型,建立了煤矸石混凝土冻融损伤本构关系,计算结果与试验数据符合较好。该模型能较准确地反映混凝土在冻融和单轴受压荷载作用下的全过程损伤特征。     

橡胶混凝土断裂性能试验研究

开展了橡胶混凝土三点弯曲梁断裂试验,获得了不同试件尺寸和橡胶掺量下的裂缝断裂全过程曲线,对橡胶混凝土断裂能G_F及裂缝扩展K-R阻力曲线进行研究。基于数字图像相关方法,获得了橡胶混凝土试件垂直于裂缝扩展方向的全场位移和应变信息,对裂缝扩展的损伤断裂演化过程进行研究。结果表明：随试件尺寸增加和橡胶掺量提高,断裂能均呈现出上升趋势;K-R阻力曲线随试件尺寸变化表现出明显尺寸效应,橡胶掺量在0%~14%设计范围内时,K-R阻力曲线与橡胶掺量无关。     

混凝土四相复合模型的三维细观破坏模拟

考虑到混凝土内部细微裂隙的存在对混凝土强度和变形的重要影响,提出将混凝土视为砂浆、骨料、界面和随机缺陷组成的四相复合材料模型。混凝土细观单元服从应变空间内增量形式的弹塑性损伤本构,采用破坏单元网格消去法模拟混凝土裂纹扩展,数值模拟了三维混凝土单轴压缩和不同均质度试样的单轴拉伸弹塑性损伤破坏过程。结果表明：文中建立的混凝土四相复合材料模型中增加随机缺陷的模拟,一定程度上符合混凝土成形实际情况;随机缺陷的体积百分比是决定弱化混凝土宏观强度程度的主要因素;均质度低的单轴拉伸试样裂纹咬合明显,均质度高的试样断裂更清晰,数值模拟结果与试验结果较吻合。     

玄武岩纤维混凝土三点弯曲梁的断裂性能

为探讨玄武岩纤维混凝土(BFRC)的断裂性能,采用《水工混凝土断裂试验规程》的三点弯曲梁法,制作缝高比为0.4的不同纤维长度及掺量的混凝土试件,利用MTS试验机对试件进行加载试验,得到玄武岩纤维混凝土三点弯曲梁的试验结果,并对P-CMOD曲线、起裂韧度、失稳韧度及断裂能等断裂参数进行分析,结果表明：掺入玄武岩纤维后,试件的断裂性能得到了提升,纤维掺量越多,纤维长度越长,P-CMOD曲线的下降段越饱满;纤维长度为18 mm、掺量为1.5%的试件起裂韧度及失稳断裂韧度的提升最为明显;纤维长度为12 mm、掺量为1.5%的试件断裂能最大。     

混凝土破坏的断裂与损伤耦合分析

目的 应用断裂力学与损伤力学耦合分析方法分析混凝土破坏的问题．方法 以三点弯曲混凝土梁为例，应用断裂力学与损伤力学耦合分析方法从理论上确定初始损伤区与断裂区，然后用损伤力学的方法、数值模拟混凝土梁的破坏过程．结果 确定了三点弯曲混凝土梁的损伤区和断裂区尺寸，应用西多霍夫损伤模型和断裂力学的耦合分析方法数值模拟了混凝土三点弯曲梁的破坏过程，发现裂纹是带着损伤区向前扩展的．结论 笔者提出的方法是合理的便于工程应用的模拟混凝土裂纹扩展过程的方法。     

含砖粒再生粗骨料混凝土损伤性能试验研究

用废弃砖部分取代废弃混凝土(取代率r=0%、10%、20%、30%)作为再生粗骨料制成再生混凝土。采用超声波检测再生混凝土的损伤,以超声波波速的衰减来衡量损伤,对单轴受压持荷状态下再生混凝土试件进行超声试验。通过试验研究,得出不同废弃砖取代率下单轴压应力系数对再生混凝土损伤的影响规律。试验结果表明废弃砖粗骨料取代率对单轴受压条件下再生混凝土的损伤影响很大。针对再生混凝土损伤的主要影响因素—单轴压应力系数,建立了含砖粒再生粗骨料混凝土的损伤关系模型。     

不同含水率混凝土断裂过程声发射试验研究

为研究不同含水率混凝土断裂过程的差异性,将干燥试件浸泡不同时间,使其达到不同含水率,基于声发射技术,对三点弯曲梁的破坏过程进行监测。通过比较声发射信号撞击计数、能量计数和振铃计数等不同发射信号来反映不同含水率对混凝土断裂过程力学性能的影响规律,并结合撞击计数、振铃计数和能量计数捕捉起裂荷载,进一步分析水分对起裂韧度和失稳韧度的影响。试验结果表明,相比于P-CMOD曲线,声发射参数变化能更加直观地分析水分对混凝土断裂过程的影响。随着含水率的增加,起裂前,撞击计数累计值呈现增大趋势,起裂后,声发射参数值、峰值以及累计值均呈现减小趋势;损伤演化起始门槛值随含水率的增大而降低,饱和试件较干燥试件最大下降64%;饱和试件断裂过程区宽度较干燥试件最大增大20.8%;     

基于细观力学模型的混凝土温度裂缝研究

建立了混凝土的细观力学模型,考虑骨料、砂浆和界面的3相组成,利用Weibull概率分布对各相材料的力学参数进行随机赋值,体现出材料的细观特征和不均质特性.基于混凝土弹脆性损伤模型,对混凝土开裂进行数值模拟,以单轴压缩和3点弯曲梁实验对该方法进行了验证,同时提出了通过宏观性质演算细观参数的方法,最后,模拟了寒潮工况下早龄期混凝土在不同保温条件下的开裂.结果表明:该方法能较好地模拟混凝土材料中微裂纹的萌发和扩展,能较好地反应混凝土材料在温度荷载下开裂的全过程.     

长江三峡大坝混凝土双K断裂参数试验研究

对长江三峡工程泄洪坝段原材料制成的大坝混凝土及其湿筛混凝土试件做直接拉伸试验,得到大坝混凝土及其湿筛混凝土断裂过程区的本构关系.结合标准三点弯曲切口梁试验,运用双K断裂模型,得到大坝混凝土和湿筛混凝土的双K断裂参数.试验结果表明,三峡大坝混凝土的起裂和失稳韧度均大于其湿筛混凝土,前者分别为后者的1.14和1.19倍.     

Effect of interfacial strength on bending properties of reinforced concrete beams

By taking into consideration of meso-scopic level, four-point bending numerical model of different interfaces was established to analyze the effect of interracial strength on the bending properties of reinforced concrete beams with the diagrams of crack pattern, the load- step curve and the cumulative AE- loading step curve. The experimental result shows that the peak load, the cracking load and the stiffness before cracking increase with the interfacial strength. Furthermore, the specimen with strong interface presents high brittleness during the failure process, while both bearing capability and ductility could be found in the specimen with moderate interfacial strength.     

混凝土多孔砖抗折强度的数值模拟

目的数值模拟混凝土多孔砖的抗折强度,分析内力受力性能和破坏机理．方法采用有限元方法对混凝土多孔砖的抗折强度进行非线性数值模拟．在模拟过程中,采用William—Warnke和Sargin模型分别模拟混凝土失效面和单轴受压时应力-应变关系．对多孔砖逐步施加均布荷载,提取的裂缝图揭示了混凝土多孔砖内部裂缝的发展．结果破坏最大应力分布在错排大孔内壁附近．随着荷载增加,提取出对应的裂缝分布图,揭示了多孔砖的破坏过程．与抗折试验对比吻合．荷载-位移曲线反映了多孔砖受力特性：破坏初始阶段成线性;当曲线出现拐点进入非线性阶段;当曲线再次出现拐点时,破坏进入加速阶段,非线性特征更加明显,直至破坏．结论为多孔砖的拓扑形状设计提供了理论依据．