碾压混凝土的正交异性损伤本构模型研究

根据碾压混凝土拱坝的结构特性与碾压混凝土材料的破坏特征，以Sidoroff各向异性损伤理论为基础，建立了碾压混凝土正交异性损伤本构模型；基于正交异性损伤模型的损伤传递方式，导出了碾压混凝土材料的损伤演化方程。以碾压混凝土在复杂应力下的试验资料，对碾压混凝土正交异性损伤本构模型进行了验证。     

混凝土正交各向异性统计损伤本构模型研究

基于统计损伤理论,本文建立了混凝土三维正交各向异性统计损伤本构模型,用于描述混凝土复杂荷载环境下的力学行为。该模型将单轴拉伸、压缩作为最基本的宏观破坏模式,复杂应力状态下的本构行为理解为2种基本模式的组合形式,考虑断裂、屈服两种细观损伤机制。提出新的"等效应变"假设,通过引入等效传递拉损伤应变和损伤影响参数,建立起复杂应力状态损伤演化过程与单轴损伤演化过程之间的等效关系。通过预测值与试验结果比较,表明该模型能够模拟多轴加载情况下材料均匀损伤阶段本构行为的主要力学特征,从变形特性、强度特征和破坏形式等角度对材料的损伤机制进行探讨。     

混凝土的断裂损伤模型

本文从混凝土观结构出发，重点研究骨料界面的微裂缝，分析了微裂缝在不同外力水平下的萌生和扩展过程，用等效弹性一损伤柔度张量Ｃ来定义损伤，并求得各种不同扩展破坏情况下的Ｃ＾－ｄｉｊｋｌ，从而得到相应损伤的本构关系，最后给出一个复杂应力情况下的算例。     

不同侧应力状态下混凝土循环加卸载损伤特性

采用大型多功能液压伺服静动力三轴仪对不同单向恒定侧压下的混凝土进行应变速率为10-4s-1的等应变增量循环加卸载试验,恒定侧压为单轴静态抗压强度的0%,5%,10%。研究了不同侧应力水平下应力-应变全曲线中滞回环的变化规律,分析滞回环与耗散能的关系,并构建损伤估计模型,最后基于耗散能统计,研究混凝土的损伤特性。得出主要结论如下:(1)全曲线中滞回环在卸载初始阶段应力下降较快而变形恢复很慢,但随着应力的逐渐下降,应变恢复才开始加快;(2)在循环次数相同时,耗散能随着侧应力的增加而增加,且增加幅度明显,表明单位耗散能具有明显的侧应力敏感性;(3)建立的双参数损伤估计模型,能够很好地拟合循环加卸载损伤与累积残余应变的关系;(4)随着侧压比的提高,混凝土损伤发展速度逐渐减慢,损伤累积的路径大幅延长。     

自密实混凝土的应力-应变关系

对自密实混凝土与普通混凝土的应力-应变关系进行了对比试验,研究了自密实混凝土在受压过程中的变形,指出其与普通混凝土的应力-应变关系曲线基本相似,只是各个特征点的位置和取值有所变化。     

基于声发射技术的钢纤维混凝土受压损伤本构关系研究

通过6组钢纤维混凝土试件轴心受压应力－应变全曲线试验,得到试件的应力－应变全曲线、 声发射撞击数－时间关系曲线和声发射参数,研究钢纤维参数对混凝土力学行为和声发射特性的影响。 结果表明:随着钢纤维体积掺量和长径比增加,混凝土峰值应力和峰值应变明显提高,其韧性和延性得 到显著改善;利用声发射参数分析可区分钢纤维混凝土试件的破坏模式;随着钢纤维的掺入,试件由受 拉破坏向剪切破坏转变。基于试验数据,建立了钢纤维混凝土单轴受压损伤本构关系方程,可为纤维混 凝土的工程应用和相关规程的修订提供参考。     

基于Weibull模型的混凝土冻融损伤寿命预测及应用

对北方严寒和寒冷地区水工混凝土结构而言,其抗冻性能是混凝土耐久性最具代表性的指标,也是影响工程实体服役寿命的关键因素。为了能够准确预测既有混凝土构筑物的使用寿命,本文以冻融损伤理论为基础,采用棱柱体试件进行了混凝土快速冻融物理模型试验,建立了基于Weibull模型和混凝土快速冻融试验的混凝土冻融损伤模型。基于该模型提出一种迭代逼近的混凝土寿命预测方法,通过室内试验和实际工程案例进行验证。结果表明：通过所建立损伤模型得到的冻融损伤预测值和试验实测值基本吻合,提出的寿命预测方法得到的预测数据较为可靠。     

正交曲线坐标下三维代数应力通量模型

针对弯曲及不规则明渠的水动力及物质输运特性，本文建立了曲线坐标系下的三维代数应力通量数学模型，对平面上弯曲及不规则复杂边界情形，采用Poisson方程进行正交曲线坐标变换，各向异性的湍流代数应力通量模型被引用于本文的模拟计算中，以体现复杂边界条件引起的水动力及物质输运特性的变化。通过180度强弯曲明渠水槽及贵溪电厂不规则边界河段物理模型试验两个实例计算表明，实测值与计算吻合良好，效果令人满意。     

关于岩石应力-应变状态的瞬时各向异性

简要介绍了几个流域的地质和地震情况，研究了岩石应力－应变状态的瞬时各向异性。     

基于损伤的混凝土拉压全过程本构模型研究

本文根据Ｗｅｉｂｕｌｌ统计分布理论，用唯象学的方法并从损伤研究入手推导出了混土在单向荷载作用下的员伤模型及其拉、压全过程本构模型；提示了损伤与材料固有力特性之间的关系。经检验，本文所推导出的全过程本构模型具有较好的适应性，而且是偏于“安全”的本构模型。     

基于等效损伤单元模型的高混凝土坝损伤开裂演化分析

基于宏观均质假定考虑混凝土细观非均质性的影响,推导了一种等效损伤单元,该单元具有类 似于普通有限单元的均质特性但尺寸处于相对高坝的细观层次,采用最大拉应力与摩尔－库仑破坏准 则作为损伤阈值,并发展增量形式的动力非线性迭代算法为计算分析工具;基于ＡＮＳＹＳ平台,以ＵＰＦｓ 为二次开发工具,在通用有限元软件中实现了考虑混凝土非均质特性的高坝损伤开裂演化模型的嵌入; 通过Ｋｏｙｎａ重力坝的典型损伤破坏形式验证了所开发计算模型的可靠性和良好的工程实用性,并通过 单元网格尺寸的优化分析,提出了适用于工程应用的最佳方案。     

基于HPSO优化LS-SVM的混凝土梁损伤诊断模型

针对传统结构损伤智能诊断方法所存在的缺陷,提出一种基于混合粒子群算法(HPSO)优化最小二乘支持向量机(LS-SVM)的结构损伤识别模型,并以混凝土梁为例,以模态参数及其相关量作为输入量,以损伤位置和程度作为输出量,建立起适应的映射模型。此外,为提高LS-SVM的泛化能力,应用HPSO对其核函数参数进行了优化。结果表明:应用HPSO优化LS-SVM所构建的模型具有识别精度高的特点。     

基于细观损伤的混凝土力学性能数值模拟研究进展

系统综述了基于细观损伤的混凝土力学性能数值模拟的研究现状,介绍了细观损伤力学在混凝土性能分析中的应用。重点对微平面模型、二维格构模型、随机粒子模型、细观结构模型、可考虑微裂纹间相互作用的细观损伤模型、基于弹性损伤本构关系的细观结构模型及Gurson细观损伤模型等几种常用的基于细观损伤的混凝土本构模型的优、缺点进行了比较。最后指出了以后有待进一步研究的问题。     

基于声发射技术的混凝土动态损伤特性研究

为研究混凝土材料动态损伤特性及损伤演化规律,进行了不同加载应变速率下(10^-5/s,10^-4/s,7.5×10^-3/s)的混凝土单轴压缩试验,并实时采集相应的声发射信号;在分析声发射参数与应力应变关系的基础上研究了在循环加卸载条件下混凝土材料的塑性变形特性及损伤特性。结果表明:循环加卸载过程中损伤集中在前期和中期,损伤程度随加载时间的延长逐渐加重,循环次数越多,损伤越严重;随着累积残余塑性应变的增加,损伤变量逐渐增大,加载应变速率越大,峰值前的释放能量越大,混凝土破坏越严重;随加载应变速率的提高,损伤破坏的路径变短,加载应变速率差异越大,损伤破坏路径差异越大,但损伤变化曲线起点与破坏终点重合。     

基于可拓理论的混凝土裂缝危害程度等级评价

可拓理论能够准确、全面地评价安全等级,在各行业有着广泛的应用,但在混凝土裂缝危害程度等级评价方面研究文献较少。根据可拓理论和混凝土裂缝属性信息特点,建立了裂缝危害性多参数综合评价物元模型,并应用关联函数及关联度对裂缝危害性等级与危害程度进行了分析。得到基于可拓理论的混凝土裂缝危害性等级划分方法,并结合工程实例,提出了裂缝危害性评价体系及裂缝危害性划分等级。应用可拓理论评价可信度高、实用性强,对混凝土裂缝的危害等级评价具有现实的指导意义。     

三轴作用下塑性混凝土应力应变特性试验

为了分析塑性混凝土的应力应变关系,设计了2组配合比浇筑18个圆柱体试件进行三轴试验,得到了试件的工程应力应变曲线。通过分析工程应力应变曲线的特性修正了工程应力应变曲线,并分析了不同配合比下塑性混凝土峰值应力、割线模量与围压的相关关系。结果表明:围压作用下的应力应变曲线在弹性阶段后表现出明显的应变硬化特征,随着应力的不断增加,应变增大,待应变增加到10-3左右后,应力基本保持不变,即没有峰值应力,并且应力应变曲线几乎没有下降段;通过面积修正法对试验数据进行修正,修正后的应力应变曲线比较符合实际;提出了三轴作用下应力应变曲线修正后上升段曲线的本构关系模型,拟合程度达到99.5%。     

基于ABAQUS的再生混凝土塑性损伤性能

为了探究再生混凝土塑性损伤性能,结合Sidoroff能量等价原理,研究了CDP模型的塑性损伤因子、非弹性应变、开裂应变等关键参数,构建了基于随机多边形骨料、老砂浆、新砂浆、骨料-老砂浆界面、老-新砂浆界面、骨料-新砂浆界面的再生混凝土细观结构模型,研究了轴向压位移和拉位移作用下再生混凝土的损伤开展过程、各向应力水平、破坏形态、损伤值等关键力学性能,并将结果与试验结果进行了对比分析。研究表明:基于能量等价原理的损伤因子适用于ABAQUS建模,该方法简洁、收敛性好。再生混凝土受压损伤破坏云图呈“V”形,受拉损伤破坏云图呈“一”形,其受拉损伤和受压损伤均已达到0.956,模拟计算结果与试验结果吻合较好,表明基于随机多边形骨料的再生混凝土细观模型真实,计算方法合理。     

基于PFC3D的无砂混凝土强度及损伤模式

为对无砂混凝土的强度及破坏损伤模式进行深入研究,借助离散元颗粒流软件PFC3D对无砂混凝土2种典型卵石骨料进行仿真建模,建立了7组孔隙率分别为0.26,0.28,0.30,0.32,0.34,0.36,0.38的无砂混凝土三维结构模型,模拟计算各组试块在单轴压缩试验下的受力及破坏情况。同时,对模型试块单轴试验中内部断裂发展情况进行监测统计。结果表明:随着模型孔隙率的增加,模型颗粒数、颗粒接触粘结数逐渐下降,抗压强度呈下降趋势;数值模拟曲线与多孔混凝土应力-应变曲线模型基本符合,与常规混凝土应力-应变曲线模型相比,在曲线上升阶段表现出更强的线性趋势,曲线下降段卸载迅速,体现出高脆性的特点;在模拟试验中,模型内部接触断裂多发生于模型边角及加载面处,在模型达到峰值强度后,断裂数急剧上升形成贯通的断裂面;根据峰值强度下断裂位置信息的统计分析定义了无砂混凝土“易破坏区”,该区域体积为试块总体积的47.6%,包含断裂数达到总断裂数的69%以上。研究结果可为无砂混凝土的力学及损伤机理研究提供参考。     

混凝土循环加卸载动态损伤演化推移分析及损伤值估计模型

利用多功能三轴仪进行了不同应变速率下的混凝土循环加卸载试验,对声发射信号与应力水平的关系进行了分析,并从声发射撞击数的角度对混凝土损伤演化规律特性进行研究,进一步构建了只含循环次数的单参数损伤值估计模型。研究结果表明在不同的应变速率下,混凝土损伤演化的路径各不相同,当应变较小时,混凝土前期损伤累积程度较大,后期平缓,出现水平段;随着应变速率的提高,混凝土损伤演化路径前移,后一种应变速率相对于前一应变速率所对应的损伤推移值随着累计残余应变的增大呈现出先增大后减小的规律,当累计残余应变一定的情况下,随着应变速率的提高,相邻2种应变速率对应的损伤推移程度在不断减弱;混凝土循环加卸载损伤演化规律具有三阶段损伤模式,统计密度函数能较好地反映循环加卸载损伤演化规律。