应变空间中混凝土的弹塑性本构关系

本文基于依留申公高,在应变空间中建立了砼的本构模型,使材料的应变硬化和应变软化特性可以用统一的塑性条件表达。     

钢筋混凝土微平面本构模型及其算法研究

阐述文献[1]的第二部分。第一部分在Ba ant Z.P.等人提出的混凝土微平面模型的基础上引入钢筋的影响提出了一个适用于配筋混凝土的微平面动态本构模型。混凝土模型采用能够反映各种复杂受力行为并被试验充分验证的微平面模型,钢筋采用Cowper-Symonds型率相关的双线性模型。该模型可用于钢筋混凝土的静力和动力显式分析。这一部分将给出模型的显式算法和试验验证。     

钢筋混凝土微平面动态本构模型

在B．P．Bazant等人提出的混凝土微平面模型基础上通过引入钢筋的影响提出了一个钢筋混凝土动态本构模型。本构模型的建立通过平行耦合假定考虑钢筋和混凝土的相互作用。混凝土模型采用能反映各种复杂受力行为并被充分验证的M5微平面模型，钢筋采用Cowper—Symonds型率相关的双线性模型。最后参照M4微平面模型对应变率效应的处理方法，将提出的钢筋混凝土模型推广到动态模型范畴。此模型可适合钢筋混凝土的静力、动力显式分析。     

约束混凝土单轴弹塑性损伤本构模型

该文通过采用混凝土三维弹塑性损伤模型和弧长法分析了钢筋混凝土单轴压缩过程中箍筋对混凝土的约束作用,得到了约束混凝土单轴抗压强度和延性增大系数。基于连续介质损伤力学的基本框架,引入约束混凝土强度和延性增大系数,建立了混凝土单轴弹塑性损伤本构模型。验证表明：该文模型符合热动力基本方程,可较好地反映约束混凝土强度和延性增大、强度软化、刚度退化、塑性变形、裂面效应、等力学特性;模型参数与中国现行《混凝土结构设计规范》推荐的模型完全相同,易于工程应用。将该文模型与纤维束形式的Timoshenko梁单元相结合,在自主研发的结构非线性分析软件SAUSAGE中完成开发实现。利用SAUSAGE完成了某钢筋混凝土框架结构的大震动力非线性分析,结果表明：箍筋约束作用可以有效抑制梁、柱构件的非线性发展,影响了结构最大层间位移角和最大层间剪力等宏观指标。     

混凝土正交各向异性动态损伤本构模型研究

为建立混凝土的正交各向异性动态损伤本构,首先采用动力放大系数的形式考虑材料的应变率效应,然后基于Sidoroff能量等价原理,建立动态条件下单元体的损伤刚度矩阵。同时在损伤演化模型中,采用Mazars损伤模型描述主轴方向的损伤变量。另外采用适用于正交各向异性的Hoffman屈服破坏准则,并考虑损伤及动力放大系数对强度的修正。以建筑结构受爆破震动荷载作用的实验资料,对本模型进行了验证     

两类弹塑性本构模型的有限元法分析

本文应用有限元法研究了各向等压固结弹塑性剑桥模型（ＣＣ、ＭＣＣ）及向向不等压固结弹性模型（ＡＭＣＣ）的特性,分析了三轴试验（ＣＡＵ、ＣＩＵ）中破坏及其孔隙压力系数、不排水剪归一化强度的区别,以及正常固结、超固结地基的际载力问题。     

EPS混凝土的冲击力学行为及本构模型

采用大直径分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置研究了多种EPS体积掺量的EPS混凝土在不同应变率下的力学行为。分析了平均应变率以及EPS体积掺量对EPS混凝土的冲击力学性能的影响。采用朱-王-唐(ZWT)模型,在试验研究的基础上,建立了EPS混凝土非线性粘弹性本构模型。结果表明：在高应变率条件下,EPS混凝土的动态抗压强度与极限应变随平均应变率的提高近似线性增长,呈现出显著的应变率相关性。随着EPS体积掺量的增加,混凝土的动态抗压强度和弹性模量降低,变形能力得到改善。本构模型提供的理论曲线与试验曲线比较接近,ZWT模型可以较为准确地描述EPS混凝土的高应变率力学行为。     

基于广义Hoek-Brown准则的弹塑性本构模型及其数值实现

Hoek-Brown强度准则在岩石及岩体工程中得到了广泛的应用,而目前基于该准则建立起的弹塑性本构模型在理论上还存在着一些不足;考虑到不同围压条件下的岩石材料塑性形变发展特征,提出了基于分段隐式修正塑性势的塑性流动法则,解决了其它基于广义H-B准则所建立的本构模型中塑性流动方向不连续及需额外引入参数等问题;采用基于误差控制的改进欧拉中点积分算法,对该本构模型进行了数值实现并给出了单积分点层次的结果验证;进一步将成果嵌入到了同济曙光岩土工程三维数值平台(GeoFBA3D)当中,并给出了一类经典弹塑性力学问题的计算结果验证以及其在隧道工程中的典型应用算例。     

微平面理论的发展

本文对微平面概念的提出和微平面理论的发进行了较为全面的论述,同时根据虚功原理,推导了宏观应力关系与微平面上应力关系之间的联系,概括了利用有限元法对微平面模型进行分析和数值计算的一般原理及步骤。     

基于SMP破坏准则的土体弹塑性动力本构模型

利用土体的塑性流动理论,提出了用于描述饱和砂土动力反应性质的弹塑性本构模型.土体总的变形由三部分组成:即弹性应变、与体积屈服机制相关的塑性应变和与剪切屈服机制相关的塑性应变.土体在初始加载与卸载和重新加载阶段性质的差别通过采用不同的模型参数加以反映.该模型能够较为准确地描述饱和砂土在单调加载和循环加载条件下的反应性质.     

微平面模型取向与权重的改进计算方法

在介绍微平面模型中数值离散算法的基础上,指出了现有文献中对微平面取向及权重的确定方法的特点和不足。针对微平面取向不够均匀以及微平面形状和物理意义不明确的问题,提出了一种基于正多面体表面网格划分后向球面进行投影的方法计算微平面取向,再利用球面几何的知识计算微平面权重的方法。在比选基于不同微平面划分方案时,提出了拟合宏观弹性刚度矩阵的优化目标。计算结果表明,该文所提方法可以得到微平面形状、大小完全均匀的划分方案,计算精度比文献中的最优方案更精确。     

水泥加固土的弹塑性损伤模型

水泥加固土作为一种弹塑性介质,但很难用通常的弹塑性模型来描述。本文通过对水泥加固土的损伤试验得到的一系列损伤关系曲线的分析,分别推导建立了水泥加固土的弹性与损伤、塑性与损伤本构关系并首次建立了水泥加固土的弹塑性损伤模型。通过与损伤试验结果的对比,证明了本文所建立的水泥加固土的弹塑性损伤模型是合理的。     

低屈服点钢材与Q345B和Q460D钢材本构关系对比研究

为进一步探讨材料本构行为对构件及结构受力性能的影响,首先,进行了LYP100低屈服点钢材的本构关系试验研究,分析此材料的单调性能、滞回性能、耗能能力及循环本构模型等。在此基础上,全面对比LYP100和LYP160低屈服点钢材、普通钢材（Q345B）及高强度钢材（Q460D）的本构关系。最后,通过对比不同钢材的循环本构模型以及理想弹塑性模型对结构构件滞回行为的预测结果,深入研究材料本构关系对构件及结构的重要影响。结果表明：低屈服点钢材单调以及循环强屈比均在2.0~3.0以上,是普通钢材以及高强度钢材的2.0倍~3.0倍。同时,低屈服点钢材具有更好的延性和耗能能力。由于低屈服点钢材具有显著的各向同性强化行为,其采用循环本构模型和理想弹塑性模型的计算结果差异更大。因此,在结构计算分析中,需要根据所采用的钢材选取适当的本构关系模型。     

复杂循环路径下钢材弹塑性屈曲行为研究

复杂强震荷载作用下钢管混凝土柱中的钢管受压屈服后易发生局部屈曲,在杆系有限元模型中采用不考虑屈曲影响的钢材本构模型无法准确模拟钢结构构件的地震响应。为研究复杂循环荷载作用下钢材的屈曲行为,该文设计了强度等级分别为Q235和LYP160的30个钢材试件,并设计了多种复杂循环加载路径进行加载,获得了不同复杂循环荷载作用下钢材的弹塑性屈曲行为和应力-应变滞回关系。基于已有文献中的3种钢材循环本构模型：Légeron模型、GA模型和DM模型对试验结果进行对比分析和评价,结果表明：Légeron模型无法模拟钢材受压区服后的屈曲效应,GA模型中受压屈曲时的应力-应变规律与试验结果较为吻合,DM模型中受拉和受压卸载刚度与试验结果较为吻合。     

Size effect on the concrete cone pull-out load

In the present paper the failure mechanism and size effect of the concrete cone resistance is reviewed and studied. The influence of material and geometrical parameters on the failure mode and size effect is investigated. In the numerical studies the smeared crack finite element analysis, based on the microplane material model for concrete, was used. Both, experimental and numerical results show that there is a strong size effect on the nominal concrete cone pull-out strength. It is demonstrated that besides the embedment depth the scaling of the head of the stud as well as the scaling of the concrete member influence the nominal strength. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

Influence of loading rate on concrete cone failure

Three different effects control the influence of the loading rate on structural response: creep of bulk material, rate dependency of growing microcracks and structural inertia. The first effect is important only at extremely slow loading rates whereas the second and third effects dominate at higher loading rates. In the present paper, a rate sensitive model, which is based on the energy activation theory of bond rupture, and its implementation into the microplane model for concrete are discussed. It is first demonstrated that the model realistically predicts the influence of the loading rate on the uniaxial compressive behaviour of concrete. The rate sensitive microplane model is then applied in a 3D finite element analysis of the pull-out of headed stud anchors from a concrete block. In the study, the influence of the loading rate on the pull-out capacity and on the size effect is investigated. To investigate the importance of the rate of the growing microcracks and the influence of structural inertia, static and dynamic analyses were carried out. The results show that with an increase of the loading rate the pull-out resistance increases. For moderate loading rates, the rate of the microcrack growth controls the structural response and the results of static and dynamic analysis are similar. For very higher loading rates, however, the structural inertia dominates. The influence of structural inertia increases with the increase of the embedment depth. It is shown that for moderately high-loading rates the size effect becomes stronger when the loading rate increases. However, for very high-loading rate the size effect on the nominal pull-out strength vanishes and the nominal resistance increases with an increase of the embedment depth. This is due to the effect of structural inertia.