轻集料混凝土局部受压试验及动力本构分析

为探究轻集料混凝土单轴局部受压动力特性,采用试验机对轻集料混凝土单轴局部受压本构关系进行相关试验研究.考虑了5种不同加载应变率和4种不同加载面积,在位移控制下,得到轻集料混凝土单轴局部受压应力-应变曲线.根据应力-应变曲线特征点的峰值应力、峰值应变和弹性模量,分析不同加载应变率与加载面积对特征点的影响.同时根据混凝土黏弹塑性损伤本构模型,考虑不同加载应变率和加载面积的影响修正模型参数,并通过试验数据验证理论模型的合理性.研究结果表明:加载应变率和加载面积对轻集料混凝土应力-应变曲线影响明显;不同加载面积对轻集料混凝土弹性模量、峰值应力及峰值应变有较大影响;所提出的理论模型能够准确描述轻集料混凝土材料局部动力荷载作用下的应变率效应和非线性行为.     

橡胶混凝土冲击压缩性能的试验研究和数值模拟

采用分离式霍普金森压杆装置对橡胶掺量分别为5%、10%、15%、20%,橡胶粒径为0.18 mm、1.29 mm、2 mm的12组橡胶混凝土试件进行4种应变率下的冲击压缩试验研究,得到了每一组试件在4种应变率下的应力-应变曲线.试验结果表明:随着应变率的增加,橡胶混凝土的峰值应力、动力增长因子也随之增大,橡胶掺量对橡胶混凝土的峰值应力和动力影响因子的影响与应变率一致,掺入的橡胶粒径越大,橡胶混凝土的峰值应力越大但是动力增长因子却呈减小趋势;橡胶掺量在10%左右时,橡胶混凝土能够取得较好的韧性和变形能力.参考试验结果,在经典H-J-C混凝土本构模型的基础上,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟,得到了橡胶混凝土H-J-C本构模型的材料参数.     

近海环境下锈蚀箍筋约束混凝土本构模型

采用人工气候环境模拟技术模拟近海环境,对36组约束混凝土棱柱体试件进行加速腐蚀,开展轴压试验,研究箍筋锈蚀对约束混凝土峰值应力、峰值应变和应力-应变曲线形状的影响. 通过对试验结果的回归分析,得到考虑箍筋锈蚀率影响的混凝土峰值应力和应变修正系数拟合公式,以形状系数作为应力-应变曲线形状参数,基于Mander模型确定考虑箍筋锈蚀率影响的形状系数的计算公式,建立近海环境下的锈蚀箍筋约束混凝土本构模型. 与试验结果对比发现：采用该模型计算得到的各试件峰值应力、峰值应变及应力-应变曲线形状均与试验结果符合较好,表明建立的本构模型能够较准确地反映锈蚀箍筋约束混凝土力学性能,可以用于该环境下的锈蚀RC结构剩余承载力及抗震性能评估.     

不同配筋率钢筋混凝土柱应变率效应

混凝土是一种率敏感性材料,正确把握应变率效应对钢筋混凝土构件在强震等动力荷载下力学性能的影响,对结构抗震和抗风设计至关重要。采用CEB规范建议的考虑混凝土应变率效应的动力本构关系,运用纤维模型对钢筋混凝土柱在不同加载速率下的动力性能进行了数值模拟。对4个钢筋混凝土柱构件的快速加载试验的试验结果与模拟结果进行比较,结果表明所建立的纤维单元模型能够较好预测混凝土柱恢复力特性,验证了基于动力本构的纤维单元模型的有效性。基于此模型,研究了不同纵向配筋率和体积配箍率对钢筋混凝土柱动力性能的影响,结果表明纵向配筋率和体积配箍率对动力性能的影响呈现出不同的特征。     

大跨度钢管混凝土拱桥地震响应分析

利用有限元法建立大跨度钢管混凝土拱桥的结构模型,计算其自振性能,应用时程分析法,计算该桥考虑吊杆张力和拱肋初始应力影响的动力特性和地震响应,并与不计吊杆张力和拱肋初应力影响的桥梁动力特性和地震响应进行了比较,分析了该拱桥的结构抗震反应.结果表明,初始应力对于拱肋的力学性能影响不大,并满足设计要求,本桥抗震性能良好.     

低周反复荷载下约束混凝土模型的比较研究

从众多约束混凝土应力-应变规律模型中优选出其中四种,部分改造并添加了滞回关系,将其分别加到基于纤维模型梁柱单元的三维空间框架非线性动力反应分析程序中,最后以R.Park等人的低周反复荷载下压弯柱的试验为校准基础,主要从构件层次进行了模拟、比较,分析了各种混凝土应力-应变关系模型中不同的骨线线取法和滞回规律取法对钢筋混凝土柱性能模拟效果的影响。     

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。     

考虑尺寸影响的箍筋约束混凝土轴压本构模型

已有箍筋约束混凝土轴压本构关系模型大多未考虑尺寸效应的影响,或通过采用强度折减系数法来粗糙反映尺寸的影响。为研究大尺寸箍筋约束混凝土柱轴心受压性能及尺寸效应规律,根据已有箍筋约束混凝土圆柱和方柱轴压破坏试验结果,分析了体积配箍率、箍筋形式（方箍及圆箍）及试件尺寸对箍筋约束混凝土应力-应变曲线的影响。考虑体积配箍率及箍筋形式的影响,建立了箍筋约束混凝土峰值应变尺寸效应公式,并结合前期箍筋约束混凝土名义轴压强度（峰值应力）尺寸效应公式,提出了可考虑尺寸影响的箍筋约束混凝土轴向压缩全应力-应变关系模型。与试验及模拟结果进行对比发现,建立的可考虑强度和峰值应变尺寸效应的本构关系与已有试验结果吻合较好,模型计算曲线与试验曲线接近。     

基于修正压力场理论的超高性能钢纤维混凝土柱抗剪承载力

为了分析超高性能钢纤维混凝土柱抗剪性能,基于修正压力场理论提出了柱子抗剪承载力计算模型.该模型通过柱端部截面中心正应变来考虑轴力和弯矩对抗剪承载力的影响,通过关键参数混凝土主压应变与主压应力间的角度和平均正应变来反映剪跨比、轴力以及配箍率对柱抗剪承载力的影响.结果表明:对剪跨比为1.5~2.0的柱子,该模型剪力计算值与试验值吻合良好.     

混凝土SHPB试验的数值模拟

利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,运用HJC本构模型,对混凝土试件的SHPB试验进行数值模拟,重构了混凝土在低、中、中高以及高应变率下的应力应变曲线,并且对试件的破坏形态进行了模拟。研究表明,HJC模型可以很好地模拟混凝土材料的力学性能,重构的应力应变曲线在曲线形态和峰值应力上均与SHPB试验拟合良好,数值模拟得到的混凝土的破坏形态也与SHPB试验一致,确定该强度混凝土材料HJC本构模型材料参数的方法具有通用性。     

Viscoplastic Damage-Softening Constitutive Model for Concrete Subjected to Uniaxial Dynamic Compression

A new viscoplastic damage-softening constitutive model is presented.It is developed by integrating a Bodner-Partom viscoplastic model with a new damage evolution equation.A set of ordinary differential equations (ODEs) is formulated,and a Runge-Kutta integral method is used to get stress-strain curves given by the model.Also,stress-strain curves of a wide range of strain-rates for concrete were obtained by split Hopkinson pressure bar (SHPB) tests.By fitting the integral stressstrain curves to the experimental ones with the least square optimization method,we determined the material parameters in our model.Some properties of the new model,such as strain-rate sensitivity,damage evolution characteristics,strain-rate jump effects and unloading feature,are explored.These results show that our new model can describe dynamic behaviors of concrete very well,and our integrating-fitting-optimizing method to get material parameters is valid.     

基于率性损伤模型的混凝土重力坝地震响应分析

为研究混凝土材料动态力学特性与应变率的关系,引入损伤张量随应变率的变化建立了应变率相关的砼非线性损伤模型,并对一混凝土重力坝的地震响应进行了分析．结果表明,在地震过程中的混凝土应变率变化使得结构各处的强度和刚度提高的程度不同,对结构控制部位的响应和安全性评价有重要影响．     

基于损伤的PHC桩单轴受拉动态本构模型研究

通过引入应变率强化因子、损伤弱化因子和预应力强化因子,并分析它们对预应力混凝土强度的影响,建立了一个单轴受拉动态本构模型用于描述PHC桩在冲击载荷作用下的冲击特性.对比了试验结果与该模型的数值模拟结果,结果表明:模型预示结果在变形趋势上符合很好,在数值精度上与试验结果符合良好.本成果可为振动沉桩过程中控制振动锤参数提供依据,能有效防止因拉应力过大而导致PHC桩被拉断的事故.     

Experimental investigation of rigid confinement effects of radial strain on dynamic mechanical properties and failure modes of concrete

In this study, to confirm the effect of confining pressure on dynamic mechanical behavior and failure modes of concrete, a split Hopkinson pressure bar dynamic loading device was utilized to perform dynamic compressive experiments under confined and unconfined conditions. The confining pressure was achieved by applying a lateral metal sleeve on the testing specimen which was loaded in the axial direction. The experimental results prove that dynamic peak axial stress, dynamic peak lateral stress,and peak axial strain of concrete are strongly sensitive to the strain rate under confined conditions.Moreover, the failure patterns are significantly affected by the stress-loading rate and confining pressure.Concrete shows stronger strain rate effects under an unconfined condition than that under a confined condition. More cracks are created in concrete subjected to uniaxial dynamic compression at a higher strain rate, which can be explained by a thermal-activated mechanism. By contrast, crack generation is prevented by confinement. Fitting formulas of the dynamic peak stress and dynamic peak axial strain are established by considering strain rate effects(50–250 s~(-1)) as well as the dynamic confining increase factor(DIFc).     

Experimental Study on Dynamic Mechanical Properties of Sprayed Concrete-Surrounding Rock Combined Body

To investigate the dynamic response problem of the double medium formed by the adherence of sprayed concrete and surrounding rock in the tunnel, a split Hopkinson pressure bar of 75 mm in diameter was adopted at the ages of 3,7 and 10 d. Experimental results showed that dynamic compressive strength and dynamic increase factors (DIF) of the combined bodies increase with the strain rate. With the growth of strain rate, the critical strain of the combined bodies first increases, then deceases. Furthermore, the combined bodies of 3 d reveal the plastic property and brittle property for 7 d and 10 d when the strain rate is over 80/s. The failure characteristic of the sprayed concrete changes from tearing strain damage to crushing damage as the growth of strain rate, and the failure characteristic of rock presents the tensile failure mode as demonstrated by the scanning electron microscope (SEM).     

活性粉末混凝土冲击压缩性能及本构关系

为了克服传统活性粉末混凝土（RPC）须高温蒸养的缺点,采用粒化高炉矿渣代替部分水泥制备出免蒸养RPC,利用直径为80 mm的霍普金森压杆试验系统（SHPB）对免蒸养RPC进行冲击压缩试验研究,探究率效应对免蒸养RPC动态力学性能的影响规律,建立动态本构模型. 结果表明：在10~290 $ {{\rm{s}}^{ - 1}}$的应变率范围内,免蒸养RPC的峰值应力、峰值应变和冲击韧性表现出明显的率敏感性,而弹性模量在不同应变率下基本保持不变. 改进型Z-W-T黏弹性本构模型和基于Weibull分布的模型均能对免蒸养RPC的动态应力-应变曲线进行较好的描述,基于Weibull分布的模型所含参数相对较少,根据模型中各参数与应变率之间的关系可以对不同应变率下的应力-应变曲线进行预测.     

混凝土率相关单轴塑性损伤本构的开发及应用

为了对爆炸作用下钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)构件动力响应进行简化分析,需要合理描述混凝土和钢筋的应变率效应,而LS-DYNA中缺乏能够考虑混凝土应变率效应的单轴本构模型,因此,结合Faria单轴塑性损伤模型,通过黏性规则化方法调整率无关模型的损伤阈值演化律以考虑应变率效应,并利用LS-DYNA将该模型编制为用户材料子程序VUMAT.以单个单元测试了高应变率下材料的基本性能;基于纤维模型模拟了RC梁在爆炸、冲击作用下的动力响应.结果表明:该本构模型能反映混凝土受拉应变率效应高于受压应变率效应的事实,同时也能较准确地模拟爆炸与冲击作用下RC梁的动力响应.     

混凝土动态受压力学特性的试验研究与数值分析

采用MTS液压伺服系统对C30、C40两种混凝土进行了不同应变速率下的单轴抗压试验,系统研究了应变速率对混凝土抗压强度、弹性模量及应力应变曲线的影响,给出了描述混凝土在应变速率影响下的抗压强度变化的表达式;并应用有限元法,对简支梁进行了结构动力响应分析,结果表明:两种强度混凝土的抗压强度、弹性模量随着应变速率的增加呈明显增加的趋势,混凝土在动态荷载作用下的应力应变曲线与静态荷载下的应力应变曲线具有很好的相似性;同时,动态荷载作用下,梁中应力发生重分布,应变速率对混凝土结构的动力响应具有显著的影响,需要在混凝土结构设计中充分重视荷载动力效应的分析.     

Experimental and mesoscopic investigation on the dynamic properties of coral aggregate concrete in compression

To investigate the dynamic responses and comprehending the damage mechanism of coral aggregate concrete(CAC) in compression, both the experimental and numerical investigations were implemented in the present work. Firstly, the dynamic mechanical properties of CAC at different strain rates were tested through the Split-Hopkinson pressure bar(SHPB) tests.Moreover, the effects of concrete strength grade and strain rate on CAC were discussed and analyzed. Subsequently, we developed the three-dimensional(3D) random mesoscale model considering the randomness of aggregate shape, size and distribution at meso-level, which was validated and employed in the numerical simulation of CAC in compression. The results indicate that the splitting failure passing through the coral aggregate is CAC'S primary failure mode. It has been found that the failure pattern, deformation process, and dynamic increasing factor of CAC are associated with both the strain rate and concrete strength grade. Furthermore, by comparing the experimental and mesoscopic results, it has been proven to be reliable to employ the developed 3D mesoscale modelling method to simulate CAC's dynamic performances, which has enormous potential in future research of CAC under intense dynamic loadings.     

软土的等效时间线剪切流变模型

为反映软土剪切流变的非线性特性,建立剪切流变模型,修正了Singh-Mitchell提出的指数型剪切蠕变经验公式,使之适用于低修正应力水平工况.根据黏塑性剪应变-耗散剪应力-等效时间之间的关系方程推导出黏塑性剪应变速率与剪应力和黏塑性剪应变之间的函数表达式.把该表达式和剪切弹性模型相结合,建立了剪切弹黏塑性模型.以此模型为基础,不但获得了有效围压恒定时单级和多级荷载作用下的剪切流变解析解,而且还获得了有效围压和剪应力均随时间变化时的剪切流变积分解答.结果表明,流变模型能够较好地定量模拟三轴固结排水试验中多级加载作用下的剪切蠕变发展过程,合理地反映剪应变随修正应力水平(或剪应力)、有效围压和持续时间等影响因素变化的流变规律.