约束混凝土损伤塑性模型的研究

混凝土损伤塑性模型经常用于混凝土结构的动力损伤分析中,目前国内外针对此模型的研究还仅限在未约束混凝土中,探讨了基于我国现行设计规范中所提供的混凝土单轴本构模型、未约束混凝土塑性损伤模型理论与约束混凝土的单向受压本构模型,提出了适用于约束混凝土的损伤塑性模型,并通过对约束混凝土柱实例进行分析,为进一步将该损伤模型应用于约束混凝土结构的非线性损伤分析提供了参考依据。     

基于损伤理论的型钢与混凝土界面损伤分析

基于连续介质损伤力学理论,给出能够较好描述混凝土力学特性的损伤本构模型,同时,根据型钢应变的发展以及屈曲影响,建立型钢损伤本构模型。依据大量实腹式型钢混凝土试件粘结滑移性能试验研究结果,对粘结强度与滑移量值之间的变化关系进行分析,进而建立一种基于损伤理论的型钢与混凝土界面损伤τ-s模型来合理考虑粘结损伤对构件力学性能的影响,并验证其合理性。最后,通过数值模拟对型钢混凝土梁试件进行分析,将所得结果与已有粘结-滑移本构模型计算所得结果以及试验所得结果进行对比分析。结果表明,所提出的粘结损伤τ-s模型较已有模型能更好地反映型钢与混凝土界面的粘结退化对结构构件性能的影响,其数值方法是有效的。研究结果可为型钢混凝土组合结构地震作用下的非线性分析提供理论基础。     

基于损伤理论的腐蚀混凝土单轴受压本构模型

通过检测有机物和微生物、强酸、无机盐对混凝土的腐蚀作用的试验，研究受腐蚀混凝土的单轴受压本构关系变化规律。引入了混凝土随腐蚀介质和时间变化的参数，结合基于损伤理论的混凝土本构模型，通过对实验数据的拟合提出了腐蚀混凝土单轴受压本构模型。并利用该模型对腐蚀构件进行有限元分析，证明其优于普通混凝土本构模型。     

混凝土框架结构抗震分析的塑性损伤模型

地震作用下,结构会遭受损伤.为了对结构进行损伤评估,本文基于经典塑性模型与连续损伤模型,根据广义应力空间塑性力学确定塑性变形的演化法则,建立了一种塑性损伤模型,用来进行混凝土框架结构的抗震分析,将塑性损伤的本构关系运用于在两端具有塑性铰的梁模型,模拟框架结构的梁柱.同时该模型的损伤指数可以确定结构各单元和整体的地震时性...     

修正的钢筋混凝土等效材料塑性损伤本构模型及其在抗震分析中的应用

利用刚度等效原则将钢筋弥散于整个混凝土中,将钢筋混凝土视为连续均质的材料,借助ABAQUS软件自带的混凝土损伤本构模型,对应用于高层建筑工程中的高强钢筋混凝土材料的本构关系进行分段线性简化,实现了采用等效材料本构模型模拟钢筋混凝土。采用等效材料本构模型对既有文献中已进行试验的钢筋混凝土剪力墙进行数值模拟,所获得的荷载-位移曲线与试验得到的曲线一致性较好,说明了等效材料本构模型的有效性。最后基于该本构模型,利用ABAQUS软件对一个超高层钢筋混凝土框架-核心筒结构进行了罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,模拟结果能较为合理地反映高层建筑在地震作用下的力学响应,说明可以利用该本构模型指导工程实践。     

基于Weibull强度理论的混凝土冻融损伤本构模型研究

将统计学方法与细观力学方法结合,采用平行杆模型模拟混凝土等脆性材料单轴受压的损伤演化规律。研究了基于Weibull强度理论的混凝土细观统计损伤本构模型,并通过冻融后的混凝土单轴受压本构试验,拟合出模型相关参数m和ε0,提出了基于细观统计损伤力学的混凝土冻融损伤本构方程。最后通过非线性有限元分析软件ABAQUS对提出的模型进行数值模拟,并与试验结果对比分析,验证了所提出模型的合理性。     

混凝土弹塑性损伤本构关系统一模型

在提出了静力弹塑性损伤本构模型的基础上，通过对损伤能释放率阀值进行PERZYNA粘性规则化以及引入粘弹性一损伤阻尼应力，建立了基于能量的混凝土弹塑性损伤本构关系统一模型；给出了该模型的基本公式和相应的非线性有限元数值实现算法，并对KOYNA混凝土重力坝进行了动力非线性数值模拟。结果表明：建议统一模型能较好地描述包括应变率效应在内的混凝土典型非线性行为，并可以直接在材料本构层次考虑阻尼的影响，同时其数值算法是稳定有效的，可以应用于大型混凝土结构的非线性分析。     

基于双标量理论的混凝土高温损伤模型

基于双标量的各向同性损伤理论,提出了高温作用下的混凝土弹性本构模型。根据Moil-Tanaka理论,建立了适合于混凝土材料的宏观损伤变量与细观孔隙度之间的关系;基于混合物理论,推导了混凝土在荷载、温度作用下孔隙度的变化规律,得到了混凝土高温作用下的损伤演化方程;理论计算结果与试验结果对比表明,损伤演化方程可以很好的反应混凝土的高温损伤。模型通过孔隙度的变化,综合考虑了力学荷载和温度荷载对损伤的影响,为混凝土的高温损伤模型研究提供一种新的方法。     

几种常用混凝土动态损伤本构模型评述

描述了混凝土抗冲击数值模拟中常用的几种混凝土动态损伤本构模型,包括HJC、RHT、LLNL、Marlvar及TCK本构模型.在此基础上,从动力本构模型的极限面定义、损伤定义、状态方程、应变率强化效应及模型参数标定方面综合分析和评述了各本构模型.对于混凝土抗冲击问题的数值模拟及混凝土动态损伤本构研究具有参考意义.     

ABAQUS混凝土损伤塑性模型参数验证

为了统一ABAQUS混凝土损伤塑性模型与规范提供的混凝土本构模型,在规范提供的混凝土本构关系的基础上引入损伤因子的概念,对混凝土损伤塑性模型本构关系参数的确定方法进行了研究。用各等级混凝土本构关系参数模拟结果与规范曲线的对比,验证CDP模型参数的正确性;用一混凝土剪力墙试验的模拟分析,验证本构关系参数用于结构分析情况下的可靠性。两种验证结果证明,给出的CDP模型参数确定方法是正确的,用该方法确定的参数进行结构模拟分析所得结果是可靠的,并指出了CDP模型的不足。     

混凝土受弯截面卸载损伤模型的应用研究

基于刚度下降在Clough恢复力模型基础上定义了一种混凝土卸载损伤模型,和结构单元与整体损伤指标一起构成完整的损伤指标体系,通过有限元计算实现了对三跨连续梁的损伤评估,该损伤评估方法可以推广到三维框架结构中.     

基于损伤理论的预应力混凝土冻融破坏研究

损伤力学提供了一种分析疲劳演化、估算疲劳寿命的有效方法.混凝土冻融破坏是一种低周疲劳损伤,可以利用损伤力学理论进行分析.试验利用损伤力学中疲劳损伤的基本原理对预应力混凝土在冻融循环作用下的损伤与失效过程进行了分析,在比较几种低周疲劳损伤理论的基础上,利用混凝土冻融前后动弹性模量变化的规律建立了预应力混凝土冻融破坏模型.并根据试验结果对模型进行了评价.结果表明在相同冻融循环次数下,随着应力水平的提高,混凝土抗冻能力是提高的;随着冻融的继续进行,应变趋向于定值,此时混凝土不再能承受应力作用而失效破坏.     

混凝土多轴弹塑性损伤本构模型

建立了混凝土的多轴弹塑性损伤本构模型.考虑到混凝土在受拉和受压荷载作用下的不同破坏机理,将应力张量分解成受拉和受压两部分,定义了塑性屈服函数,从而达到考虑混凝土塑性变形的目的.在连续损伤力学理论的框架内定义了相应的损伤变量,并分别给出了损伤准则,以描述材料的不同损伤过程.对混凝土的单/双轴受拉和单/双轴受压四种加载情形进行了数值计算,并与相关的试验对比,结果验证了模型的正确性及有效性.     

基于混凝土不均匀性面板堆石坝面板损伤分析

将混凝土面板堆石坝中面板混凝土视为宏观上均质、细观上不均匀的材料,结合统计学原理,考虑材料参数分布的随机性,通过二维有限元数值分析,研究了混凝土的弹性模量和抗拉强度随机性对面板堆石坝面板动力损伤分布规律的影响。计算结果表明:不考虑面板混凝土材料参数随机性时,(0.65~0.85)H(H为坝高)处面板顺坡向应力较大,拉损伤主要发生在0.8H(H为坝高)附近的面板处;随着混凝土材料不均匀性增大,发生拉损伤的部位趋于分散,但主要集中在(0.4~0.9)H范围内的面板。因此这部分面板应该是抗震设计的重点区域。采用混凝土弹脆性细观损伤模型,考虑材料参数的随机性,能够直观地阐明混凝土面板的地震破坏过程和损伤分布,便于了解面板薄弱环节,研究成果可以为混凝土面板堆石坝抗震设计提供参考。     

Endochronic damage constitutive model for fully-graded aggregate mass concrete

The behavior of deformation and strength of a fully-graded aggregate concrete under complex stress state is the basis of the nonlinear analysis and design for mass concrete structures such as concrete dams. In this paper, based on the combined endochronic theory with damage mechanics and on the quantities of experimental data, an endochronic damage constitutive model suitable for various aggregate grade concrete is proposed. This model takes into consideration the scale effect and the effect of wet screen sieve of aggregate in which the concept of yield surface is not needed and the difference of damage evolution rule of various graded aggregate concrete is a concern. The proposed model is used to analyze the deformation and strength of fully-graded aggregate mass concrete and the wet screened aggregate concrete specimens. The calculated results are in good agreement with experimental data, which can be used as a guide for the design of arch dams and other mass concrete structures. __________ Translated from Journal of Hydraulic Engineering, 2006, 37(7): 769–778 [译自: 水利学报]     

冻融损伤混凝土研究综述

以往研究表明,冻融作用是混凝土损伤破坏的主要威胁之一。随着混凝土结构服役时间的增加,冻融损伤作用逐渐暴露。然而,由于早期设计规范不成熟,且冻融损伤机理较为复杂,涉及多种变量,因而实际结构分析中忽略了冻融作用对混凝土力学性能及其与钢筋间黏结性能的影响,从而导致分析结果与实际存在偏差。综合国内外现有研究成果,分别从混凝土冻融损伤机理、材性研究和数值模拟3个方面出发,对混凝土冻融损伤研究现状展开了详细综述,以期进一步完善混凝土基本理论体系,从而可为在役混凝土结构的力学性能鉴定与耐久性检测提供理论参考。     

钢-混凝土混合结构振动台试验的弹塑性损伤分析

通过LS-DYNA程序,二次开发了钢材和混凝土单轴弹塑性损伤本构模型,其中钢材损伤模型采用混合强化准则,可考虑材料的Bauschinger效应;混凝土损伤模型定义了拉、压两个损伤指数,能较为准确地模拟混凝土单边效应、箍筋约束效应等。结合程序中基于显示算法的纤维单元,建立了结构整体数值分析模型,并通过一个缩尺比例为1∶4的3层钢-混凝土混合结构模型振动台试验,验证了数值分析模型的分析精度,数值模拟得到了模型结构的损伤发展过程。此外提出一种通过实测应变反演应变测试部位材料的应力和损伤发展的方法,研究表明,应变反演能充分利用应变测试数据,获得材料应力和损伤发展过程,并对结构的性能退化进行评估。     

盐侵蚀作用对矿物掺和料混凝土的损伤力学模型

通过干湿循环腐蚀法分析不同类型C20混凝土经盐腐蚀后内部损伤变量的变化规律及损伤模型。试验结果表明:随着干湿循环次数的增加,损伤变量D经历了从负值至逐渐增加的过程;单掺矿物外加剂对抗腐蚀有利,单掺引气剂对抗腐蚀性不利,采用复掺能够改善单掺引气剂对抗腐蚀性不利的局面;基于损伤力学理论,根据受盐腐蚀混凝土的抗压强度试验结果,利用Matlab6.5软件回归分析方法,提出了计算腐蚀混凝土强度的数学模型,计算结果与试验结果有很好的吻合性。     

空心墩地震损伤评估及性能水准量化研究

准确量化空心墩损伤状态是确定其抗震性能水准的基础,也是基于性能抗震理论的重要研究内容。为此,基于19个空心墩拟静力试验结果,对空心墩损伤特点、破坏机理进行深入细致分析,确立空心墩性能水准划分及其与各性能指标的量化关系,并根据各墩损伤演化曲线探讨既有损伤模型对空心墩震损评估的适用性。结果表明：与实心墩相比,空心墩弯剪耦合效应显著,塑性损伤范围更广,纵筋屈曲及核芯混凝土压溃现象更严重;由于墩身截面刚度变化,圆端空心墩易损部位由墩底上移至倒角上缘附近;利用裂缝宽度、钢筋/混凝土应变、损伤分量(强度/刚度退化、残余位移)可以较好地量化空心墩基本完好、轻微损伤、中等损伤、严重损伤、控制倒塌五个性能水准;各损伤模型的演化曲线差异显著,相同状态下所得损伤指数离散性较大;Park-Ang模型能够合理描述空心墩加载至中等损伤时的状态,但高估了空心墩严重损伤的程度;曾武华模型与试验结果趋于一致,且离散性较小,可作为混凝土空心墩的地震损伤评估模型。     

混凝土面板坝面板动力损伤有限元分析

联合采用混凝土塑性损伤模型和堆石料弹塑性本构模型,建立了面板堆石坝弹塑性动力分析方法,研究了地震荷载作用下混凝土面板的损伤发生和发展过程。计算结果表明：地震时,在0.65H（H为坝高）附近顺坡向拉应力最大,面板首先在该部位出现损伤,同时由于鞭稍效应,0.85H面板附近也出现损伤;采用损伤模型,损伤部位的面板出现软化,应力得到释放,计算结果比线弹性模型更加合理;采用塑性损伤模型可以反映混凝土面板渐进破坏过程,通过损伤变量可以清晰地了解面板的损伤分布和薄弱环节。此研究成果可以为进一步开展混凝土面板堆石坝极限抗震能力及抗震措施分析提供有效手段。