考虑动态应变率效应的混凝土单轴拉伸统计损伤模型

基于准脆性材料细观损伤机制,将损伤概括为"有效受力面积的减小"和"有效受力部位弹性模量的减小"两个方面,可分别利用断裂和屈服2种损伤模式表征;认为材料破坏过程实质上为2种损伤模式累积演化的连续过程。干燥混凝土所表现出的动态本构行为本质上是由于自身的惯性效应引起材料破坏形态以及细观2种损伤累积演化过程的改变。忽略水的黏滞性影响,通过假设不同应变率情况下干燥混凝土损伤演化服从某种相似性规律,建立相应增量形式的单轴拉伸动态损伤本构模型。通过算例和试验结果比较,表明该模型可预测变应变率加载情况下材料均匀损伤阶段的本构行为,等应变率加载可作为其中的一个特例。结合算例从有效应力、名义应力、吸能能力3个角度对材料的动态损伤机制进行探讨。区分开峰值应力状态和局部破坏的临界状态,并建议后者作为本构模型的最终破坏点。此举可充分考虑材料均匀受力阶段的延性,同时避免过多考虑局部破坏阶段本构模型尺寸效应的影响。     

冻损梯度对承压混凝土应力-应变关系的影响

对不同冻融损伤程度的混凝土圆环体试件进行了试验研究.结果表明：当相对冻融深度小于临界值时，混凝土的峰值应力、峰值应变均呈线性退化，超过临界值后则保持稳定；当冻融循环次数由100次增加到200次时，相对冻融深度临界值由0.5增大到0.8；基于应变等价性假说和统计损伤理论，建立了不同冻融损伤程度下承压混凝土的应力-应变关系模型.     

基于能量的混凝土单轴受压塑性损伤本构模型

基于不可逆热力学理论及连续介质损伤力学理论,考虑材料的塑性变形与损伤变量之间的耦合关系,认为混凝土材料的塑性Helmholtz自由能与弹性Helmholtz自由能间存在某种内变量函数关系,以此重新定义损伤能量释放率的表达式,并给出内变量函数的具体表达式。参考Weibull分布曲线的形状,建立了损伤能量释放率与损伤变量的关系,推导单轴受压混凝土的损伤演化方程。根据混凝土材料单轴受压下的塑性特征,给出材料塑性变形关系的经验公式,从而建立完整的单轴受压混凝土的塑性损伤本构模型。通过与混凝土的单轴受压试验结果进行对比分析,验证所建模型的有效性,结果表明所建模型能较真实地反映混凝土的非线性行为和损伤演化过程。     

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。     

混凝土单向受拉损伤的应力应变关系

本文结合几何损伤理与试验研究结果，研究混凝土单向拉伸时的损伤行为，建立了双曲线的损伤演化方程及相应的应力变关系表达式。     

基于随机损伤理论的C80及以上高强混凝土单轴受压应力应变模型

对已有高强混凝土单轴受压应力应变模型进行回顾并对比各模型间的差异;引入随机损伤理论建立高强混凝土单轴受压随机损伤模型,与已有试验结果对比验证模型的合理性;基于验证后的随机损伤模型提出C80～C100高强混凝土单轴受压应力应变均值曲线;最后基于损伤因子及损伤因子演化率提出C80～C100高强混凝土脆性评价方法。结果表明：混凝土随机损伤模型可较好反映高强混凝土单轴受压应力应变关系;与经验模型相比,随机损伤模型既可在一定程度上解释混凝土破坏的物理机制,亦可反映混凝土随机性与非线性的基本特征。     

复杂加载史下混凝土的损伤及其描述

作为一种高度不均匀的多相材料,混凝土的非线性本构行为、损伤及其影响十分复杂。基于一个简单机械模型发展了混凝土的连续介质损伤模型,它可描述包含格偏量非线性变形间的耦合、强化、各向异性损伤及其方向效应,以及不同的破坏模式。发展了相应的算法,并对三轴要载荷史下的素混凝土和纤维增强混凝土的响应进行了分析和验证。     

轻骨料混凝土单轴受力下的塑性损伤模型应用研究

依据轻骨料混凝土单轴全应力-应变关系曲线,获得轻骨料混凝土损伤塑性模型的单轴应力-非弹性应变关系、单轴应力-开裂应变关系、损伤值-非弹性应变关系与损伤值-开裂应变关系,利用数值方法模拟轻骨料混凝土单轴压缩试验,结果表明,采用损伤塑性模型获得的有限元计算模拟值与试验拟合值吻合较好。     

钢管混凝土中核心混凝土的单轴本构模型

本文借用密箍筋约束混凝土的本构方程，根据已有的钢管混凝土轴压短柱的试验结果，提出了一种同时适用于圆钢管混凝土和方钢管混凝土的核心混凝土的单轴本构关系。采用本文的本构关系对国内所作的222根钢管混凝土轴压短柱极限承载力和其中部分短柱压力-变形全曲线进行了理论计算，理论计算结果和试验结果吻合较好。     

混凝土损伤演化的随机力学参数细观数值影响分析

在提出一种交叠骨料微步长迭代自动调整算法的基础上,采用任意凹凸型骨料配置算法建立混凝土细观数值试件。基于细观单元的弹性损伤本构关系,采用位移控制模式,着重针对两类常用的力学参数随机分布——Weibull及对数正态分布,进行了不同力学参数的常规混凝土拉压数值模型破坏试验,分析了主要力学参数的随机分布对混凝土试件宏观表征力学性质的影响。该研究可为混凝土细观数值模型中力学参数的合理确定提供依据。     

单轴拉压状态下混凝土破坏的细观数值演化分析

在提出可同时满足级配曲线及指定骨料填充率的任意凹凸形骨料配置算法的基础上,建立了混凝土试件的细观随机骨料模型,并建立了空间应力环境下细观单元的弹性损伤本构关系;分别就工程中常采用的两种不同的混凝土强度,研究了混凝土试件的细观损伤演化过程及细观单元力学参数取值对混凝土试件宏观表征强度的影响。数值算例验证了模型的有效性,并揭示出混凝土试件破坏主要是由细观单元的拉伸损伤积累所导致的。     

混凝土应变率型弹塑性损伤本构模型

针对混凝土在不同应变率加载作用下的变形和强度特征,在现有试验数据研究基础上,首先提出了基于热力学定律的一般弹塑性损伤模型,再将应变率敏感性参数引入其中,推导出了应变率型弹塑性损伤本构模型.模型计算结果与试验结果比较表明,所建立的本构模型可以很好地描述混凝土在不同加载速率时的力学特征.应用该模型可预测大范围应变加载情况下混凝土破坏强度.结果表明：应变率对混凝土力学性能影响较大.     

锈蚀箍筋约束混凝土应力应变本构关系模型

为探讨箍筋锈蚀对混凝土约束性能的影响,通过外加直流电对钢筋混凝土棱柱体中的箍筋进行加速锈蚀,得到了不同箍筋锈蚀率试件,并对试件进行了轴心受压试验.结果表明:随着箍筋锈蚀率的增加,约束混凝土试件的承载力、刚度和延性均有不同程度的降低.基于现有研究成果,建立了轴心受压下锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变本构关系模型,通过与实测的锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变全曲线对比,证实该模型拟合曲线与实测曲线吻合较好.     

三轴应力下卵石混凝土力学性能与本构关系

为研究卵石混凝土的三轴受压力学性能,进行了27个卵石混凝土试件的常规三轴试验,观察了试件的破坏形态,获取了其应力-应变全过程曲线及特征点参数,深入分析了围压对卵石混凝土力学性能的影响.结果 表明:随着围压的增大,卵石混凝土试件破坏形态先由轴向劈裂破坏转变为斜向剪切破坏,再转变为横向剪切破坏;围压越大,峰值应力、峰值应变...     

施工期混凝土重复荷载作用下的受压应力-应变关系

通过对不同龄期的施工期混凝土试件进行重复荷载作用下的受压试验,分析了龄期对混凝土受压应力应变全曲线特征参数的影响规律,提出了重复荷载作用下施工期混凝土的动力本构关系的计算模型,探讨了龄期、混凝土强度等级与本构关系计算模型各参数之间的关系.结果表明：随着龄期的延长,混凝土的弹性变形阶段延长,同一应力水平下混凝土的轴向变形减小,混凝土的峰值应力、初始割线模量和峰值点割线模量增加,峰值应变减小,外包络线上升段及下降段更陡峭.     

混凝土损伤本构模型研究评述

现有混凝土本构关系主要是基于成熟的经典弹塑性模型所建立的,弹塑性模型在数学上较严格,但是与混凝土材料破坏机理不协调,各国学者针对混凝土这类特殊多相复合材料提出了很多基于不可逆热力学理论的损伤本构模型。系统综述了混凝土损伤本构研究的成果,在分析了各个有代表意义的混凝土损伤本构模型基础之上,对比研究了各个模型的特点及各自适用范围,通过总结前人成果,为损伤本构模型研究提供了思路。     

基于Stefan效应的混凝土随机细观黏性损伤模型

在中、低应变率时(地震作用加载速度),混凝土应变率效应主要由黏性机制控制.试验表明,混凝土中的自由水对应变率效应有着重要的影响,发现含水率高的混凝土动力拉伸应变率效应比含水率低的明显.自由水的存在是混凝土产生黏性效应的细观物理机制.其物理背景是,动力加载时混凝土微缺陷中自由水的运动产生了类似Stefan效应的阻力,从而使混凝土的裂纹扩展阻力变大.本文从Stefan效应的物理方程出发,通过对Stefan-Reynolds方程进行适当变形,发现基于Stefan效应的黏性效应实际是源于混凝土微缺陷非均匀性的一种细观结构效应.从而实现了对Stefan效应定量化分析,使得混凝土宏观黏性系数有了较明确的物理含义.在上述基于Stefan效应细观解释的基础上,结合细观随机断裂模型得到了混凝土在中、低应变率时考虑应变率效应的黏性动力损伤模型.     

应力损伤对混凝土抗碳化性能的影响

应用超声波波速来定义混凝土的损伤度,采用混凝土快速碳化试验方法研究了基准混凝土及损伤度为0.05,0.12,0.19,0.27的应力损伤混凝土的抗碳化性能.结果表明：应力损伤混凝土的碳化规律与基准混凝土相似,其碳化深度随时间的变化亦符合指数形式;混凝土的碳化深度随损伤度的增加而增大.为定量分析应力损伤的影响程度,定义损伤影响因子KD来描述应力损伤对混凝土抗碳化性能的影响,KD与损伤度D呈线性关系.通过对混凝土碳化耐久性的分析发现,应力损伤对混凝土碳化寿命影响较大,当损伤度D达到0.27时,其碳化寿命仅为基准混凝土的0.39.     

钢筋混凝土轴心受压柱非线性设计

对普通箍筋轴心受压柱进行非线性分析时,由于混凝土的应力-应变曲线有下降段,当混凝土先达峰值应力后进入下降段,而钢筋尚未屈服,钢筋和混凝土不能同时达到各自的极限承载力,柱的承载力不能由两种材料的承载力简单叠加。密排环箍轴心受压柱是典型的常规三轴受压,可用三轴强度准则进行计算,计算结果偏于保守。