反复堆载作用简化建模思想及其模型实现

以临界状态土力学理论为基础,基于改进的Carter模型,将屈服面的变化和反复荷载相联系,以反映循环荷载作用下的加载硬化和卸载回弹。引入衰减参数和临界重复应力来反映土体变形的塑性累积与荷载记忆特性,建立了能够考虑反复堆卸载作用下土体变形特征的本构模型。同时基于FLAC提供的开放的二次开发平台,将创建的简化模型引入其中,由此建立的简化模型能方便地用于实际工程。     

循环荷载下非饱和结构性土的边界面模型

基于结构体损伤概念和非饱和土力学,利用边界面塑性理论,提出了一个可以描述循环荷载作用下非饱和土力学特性的弹塑性本构模型。在BBM(Barcelona Basic Model)模型的基础上,利用土的持水曲线建立了常含水率下吸力与土体应力之间的耦合作用关系;通过屈服面的大小的改变来反映土体结构性的变化,建立了与累积塑性应变相关的损伤规律。同时,修正了常用边界面理论中映射准则,引入可移动映射中心的概念,将加载、卸载过程的映射准则进行统一,以反映循环荷载下土体产生的滞回特性。通过与相关文献以及本文的循环三轴试验结果的比较,表明本文模型能够较好地模拟非饱和黄土在循环荷载作用下的力学特性。     

反复荷载作用下混凝土异形柱结构累积损伤分析及试验研究

反复荷载作用下混凝土结构的累积损伤将加重其力学性能的劣化,实用的结构累积损伤评价模型,可以定量确定结构的剩余刚度和强度,为结构安全评估和修复加固提供理论依据。本文以结构在理想无损伤状态下外力所作的功为初始标量,依据能量耗散原理,提出反复荷载作用下结构累积损伤评价模型。应用该损伤模型结合试验数据分别对L形截面柱、异形柱框架节点和异形柱框架结构进行了累积损伤分析,所得到的损伤评价指标,能较好地反映在反复荷载作用下钢筋混凝土结构的累计损伤状态。     

混凝土密排内框架-纤维石膏板低周往复试验研究

本文提出了在速成墙板的孔腔中隔孔浇注混凝土的方案,通过对4块混凝土密排内框架-纤维石膏板在低周反复荷载作用下的试验研究,探讨了构件的抗剪承载能力、变形能力、破坏特征、构件的延性、恢复力特性、耗能能力等受力特性。试验结果表明,在竖向力和水平往复荷载作用下,混凝土密排柱纤维增强石膏板结构中的混凝土和石膏板作为一个整体共同承受外力作用,芯柱主要承受弯曲作用,最终破坏形式为弯曲破坏;石膏板主要承受剪切作用,破坏形式为剪切和挤压破坏;混凝土密排内框架-纤维石膏板的位移延性系数大于3。试验分析说明混凝土密排内框架-纤维石膏板具有良好的抗震性能。此板可以应用于实际工程。     

循环荷载作用下饱和黏性土的弹塑性双面模型

基于作者新近提出的一种混合塑性硬化准则和临界状态土力学理论建立了一个三维形式表述的适于饱和黏性土的弹塑性双面模型,此硬化准则是著名的M asing方法在三维应力空间中的推广。该模型的二维形式已采用饱和黏性土样室内动态三轴不排水剪切试验的结果进行了验证并已在另文发表。本文所建的三维弹塑性动本构模型与一个半经验的孔隙水压力增长模式相结合,通过有限元程序ABAQUS*对一个循环荷载作用下的条形基础下部地基土层内的位移、应力分布和超孔隙水压力随时间的变化进行了分析,计算结果表明模型预测的地基土的力学响应是符合实际的。     

钢筋混凝土柱快速加载作用下力学行为研究

通过对两根钢筋混凝土柱构件进行循环往复加载试验,对比分析了在快速加载条件下和拟静力加载条件下构件的力学性能,试验结果表明,荷载加载速率的增大会提高钢筋混凝土柱构件的承载力,快速加载条件下柱构件的延性较拟静力条件下差。     

低周反复荷载下梁柱中节点非线性分析

介绍了大型有限元软件ABAQUS中混凝土的本构关系,并对低周反复荷载下梁柱中节点进行非线性有限元分析。得到节点的破坏形态、各阶段钢筋应力的发展情况,以及节点的骨架曲线和滞回曲线。与试验数据的对比表明,ABAQUS的损伤塑性模型能较好地模拟混凝土材料的力学性能,有限元的计算结果能较好地反映节点的破坏模式,荷载特征点和骨架曲线形状与试验结果相吻合。在低周反复荷载条件下,采用ABAQUS模拟节点的力学行为是可行的。     

循环荷载作用下聚丙烯纤维混凝土受压应力-应变关系研究

考虑聚丙烯纤维体积掺量和长径比两个因素,设计制作54个混凝土试件,通过单轴循环加载试验,研究聚丙烯纤维混凝土的力学行为。试验结果表明：与普通混凝土相比,聚丙烯纤维混凝土试件破坏形态为延性破坏;其循环受压应力-应变曲线包络线与单调受压应力-应变关系曲线近似一致;聚丙烯纤维的掺入可显著改善混凝土的循环受压力学行为,提高混凝土的受压韧性、峰后延性和滞回耗能能力,减小其刚度退化和应力劣化程度,但对其峰值强度、弹性模量和塑性应变影响较小;聚丙烯纤维掺量影响较纤维长径比影响更为明显。基于试验结果,参考《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）,建立聚丙烯纤维混凝土单轴受压弹塑性损伤本构模型,可为聚丙烯纤维混凝土结构设计、工程应用和相关规程修订提供理论依据。     

有压水环境下循环荷载历史对饱和混凝土动态力学特性的影响

为研究有压水环境中循环荷载历史对混凝土动态力学性能的影响,对历经不同荷载循环次数(0、25、50、100次)的水饱和混凝土试件(在2 MPa围压水环境中)进行了不同应变速率(10-5、10-4、10-3、10-2/s)下的常规三轴静动态压缩试验,分析了混凝土材料的峰值应力、峰值应变、弹性模量、吸能能力等基本力学参数的变化规律和机理。结果表明:同一加载速率下,水饱和混凝土的峰值应力、弹性模量和吸能能力均随循环次数的增长呈现出先增大后减小的规律,并且峰值应力和吸能能力增减的转折点随着应变速率的提高而向荷载循环次数增大的方向平移,峰值应变整体上呈减小的趋势;相同荷载循环次数后,峰值应力、峰值应变和吸能能力随着加载速率的增大而逐渐增大,并且荷载循环次数越大,率效应越显著,弹性模量随着加载速率的增大而逐渐较小。     

循环荷载作用下岩石疲劳本构模型初探

为研究循环荷载作用下岩石的疲劳本构模型,提出了3个疲劳基本元件:弹性疲劳元件(HF)、黏性疲劳元件(NF)和塑性疲劳元件(YF)。通过疲劳基本元件的组合建立了稳定疲劳模型(广义开尔文与伯格斯疲劳模型)与不稳定疲劳模型(非线性黏弹塑性疲劳模型);当且仅当n1时,非线性黏弹塑性疲劳模型才可完整模拟岩石的减速疲劳、等速疲劳和加速疲劳3个阶段。研究结果表明:非线性黏弹塑性疲劳模型可较好的模拟岩石的疲劳变形规律;若疲劳变形规律具有明显的减速、等速及加速阶段,则加速疲劳参数n将随岩石单轴抗压强度增大而减小。根据研究结果提出用临界应力比而非临界应力设计疲劳试验的参数,可能更为合理。     

水平双向加载条件下钢筋混凝土核心筒抗震性能试验研究

为了研究多维地震作用下钢筋混凝土核心筒结构的抗震性能,对2个尺寸配筋相同的钢筋混凝土核心筒试件分别进行了水平单向加载和水平双向加载条件下的拟静力试验。重点比较了双向加载对核心筒的破坏形态、破坏机理、承载能力、耗能能力、延性等方面的抗震性能的影响。结果表明：水平双向加载对核心筒抗震性能有显著影响,水平双向荷载作用使得核心筒的承载力较单向荷载作用明显下降,同时严重削弱了筒体变形和延性性能。初步研究结果显示仅考虑单向地震动作用分析混凝土核心筒结构的抗震能力可能严重偏于不安全,应引起学术和工程界的高度重视。     

反复荷载作用下钢筋与纤维混凝土黏结性能试验研究

为研究添加钢纤维和钢碳混杂纤维对于钢筋与混凝土在反复荷载作用下黏结性能影响,进行了48个混凝土轴心受力钢筋短锚试件在单调、等幅反复荷载以及变幅反复荷载作用下黏结性能的试验研究。结果表明：添加纤维可在一定程度上改善钢筋与混凝土间的黏结性能;黏结性能的退化在等幅反复荷载作用下主要体现在黏结应力-滑移滞回曲线峰值黏结应力的退化;在变幅反复荷载作用下主要表现为黏结强度、卸载刚度、摩阻力的不断降低,以及卸载至零时残余滑移量的不断增长;影响黏结退化的主要因素是前期的最大控制位移水平,低控制位移水平下的加载循环对高控制位移水平下的黏结性能影响较小,并给出了合理的退化机理解释。     

基于混凝土损伤塑性模型的框架结构开裂损伤分析

通过有限元分析软件ABAQUS建立某12层框架结构并进行时程分析,基于混凝土损伤塑性模型,研究了该框架结构在地震作用下的结构开裂损伤发展状况,探讨了应用混凝土损伤塑性模型预测钢筋混凝土框架结构整体损伤及裂缝发展的可行性及存在的问题,为相似的框架结构的损伤破坏提供理论支持。     

循环荷载作用下流变性软黏土的边界面模型

为了预测交通荷载作用下流变性软黏土的长期运行沉降,提出了一个能够描述循环加载条件下饱和软黏土流变特性的弹黏塑性本构模型。本模型以边界面弹塑性理论为基础,采用滞后变形理论。模型不仅能单独考虑土体的流变效应和循环加卸载效应,还能考虑交通荷载作用下软黏土在循环荷载和流变耦合作用下的变形特性。模型概念清晰,参数少。通过多组上海软黏土循环加载流变试验结果的模拟,初步验证了本模型的合理性和有效性。     

低周反复荷载作用下钢骨混凝土L形柱受力性能试验

通过3根钢骨混凝土L形柱和1根普通钢筋混凝土L形柱的低周反复加载试验,得到钢骨混凝土L形柱在压、弯、剪共同作用下的破坏形态。通过试验分析钢骨混凝土L形柱的延性、滞回特性、耗能能力、承载力退化、刚度退化,结果表明:钢骨混凝土L形柱的承载力随配钢量的增加而提高;延性随配钢量的增加而提高,随轴压比的增大而降低;钢骨混凝土L形柱与钢筋混凝土L形柱相比,承载力高、延性好、耗能能力强、变形能力大,抗震性能优。     

循环受压状态下钢纤维混凝土一维弹塑性损伤本构模型研究

设计制作36个钢纤维混凝土试件,通过单轴循环受压试验,研究钢纤维混凝土循环受压性能,分析钢纤维特征参数对其影响,在此基础上,参考《混凝土结构设计规范》（GB 50010―2010）,建立了钢纤维混凝土循环受压弹塑性损伤本构模型。结果表明：钢纤维混凝土试件在循环荷载下破坏特性呈现明显延性特征;钢纤维的掺入显著提高混凝土峰值强度,改善其延性及滞回能耗;钢纤维混凝土循环受压应力-应变曲线包络线与单调荷载下应力-应变曲线近似一致;相同卸载点应变时,混凝土累计塑性应变随钢纤维掺量增加而逐渐减小。该文提出的本构模型能较好地反映钢纤维混凝土在循环荷载下的应力-应变关系以及损伤演化过程,可为钢纤维混凝土的工程应用和相关规程的修订提供参考。     

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.     

C60混凝土高温后低周循环受压疲劳性能研究

为了研究高强混凝土所经温度高低、加温时间长短与低周受压疲劳损伤之间的关系,对经历200、500、800℃高温后的C60混凝土在低周循环受压荷载下的疲劳性能进行了试验研究。结果表明：高温后高强混凝土的色泽变浅,试块整体较疏松;经不同高温后高强混凝土在低周循环受压荷载下最大纵向总应变符合三阶段发展规律;相对于应力水平对高强混凝土疲劳应变的影响,高温历程对其影响更大,尤其是受热最高温度影响最为显著。根据应变发展的第二阶段提出了疲劳寿命的估算公式。分别定义疲劳变形模量比和相对残余应变为损伤变量,建立了经历不同高温后高强混凝土受压疲劳损伤模型,并根据疲劳变形模量比建立的损伤模型对高强混凝土的疲劳寿命进行了预测,预测值与实测值吻合良好。     

盐侵蚀环境下浮石混凝土的冻融损伤模型

主要进行了LC20、LC30、LC40浮石混凝土在清水中和浓度为16.55%的氯化钠盐渍溶液中的快速冻融循环试验,计算出了各个强度浮石混凝土在不同冻融介质中的质量损失率和相对动弹性模量。利用origin对浮石混凝土在清水冻融和盐渍溶液冻融下的质量损失率和相对动弹性模量进行了拟合曲线分析,建立了以质量损失率和相对动弹性模量为损伤变量的冻融损伤模型,并预测了其剩余寿命,结果表明:浮石混凝土强度越大,抗冻耐久性寿命越长;清水冻融循环下浮石混凝土的抗冻耐久性寿命比盐渍冻融循环下更长。并且得出,相对动弹性模量比质量损失率更适合作为损伤变量来建立浮石混凝土的冻融损伤模型。     

往复荷载作用下型钢再生混凝土界面黏结性能及影响因素分析

为研究往复荷载作用下型钢再生混凝土界面的黏结滑移性能,设计了14个型钢再生混凝土试件并对其进行往复加载试验,分析了型钢再生混凝土的黏结破坏过程,研究了其界面黏结应力分布,在此基础上考察了不同设计参数对型钢再生混凝土界面黏结强度的影响。结果表明:往复荷载作用下型钢再生混凝土界面的黏结破坏过程可分为4个阶段(微滑移阶段、滑移发展阶段、黏结力陡降阶段和残余阶段),对应4个受力特征点(微滑移点、黏结荷载极限点、残余点和破坏点);与单向推出荷载作用相比,往复荷载作用下试件的极限黏结强度最大降低40%左右;加载初期,在正向卸载和正向加载时,黏结应力峰值在固定端附近,且随型钢埋置长度的增大而逐渐减小;在负向加载和负向卸载时,加载端附近黏结应力逐渐变大,试件由两端向中间逐渐破坏;型钢再生混凝土的特征黏结强度随着再生混凝土取代率的增加而降低,随着型钢保护层厚度、体积配箍率和再生混凝土强度的增加而提高。最后建立了型钢再生混凝土的特征黏结强度计算式,并将计算值与试验值进行对比,两者吻合较好。