混凝土在多维应力状态下的损伤本构模型

已有的混凝土平面应力有限元分析均是利用单轴应力-应变本构关系,其中经验系数的选取带有相当的主观色彩,因此十分有必要建立混凝土在多轴应力特别是二维应力状态下的本构关系并直接应用于非线性分析.基于连续损伤力学的理论框架,作者建立了理论上较为完备、应用较为简单的确定性混凝土拉剪弹塑性损伤本构模型.模型数值模拟和已有试验结果的对比表明,本文建议模型能够很好的描述双轴应力条件下混凝土材料的弹性区域包络线以及强度包络线,同时应力-应变全过程结果和Kupfer (Kupfer et al.1969)的试验结果吻合良好,能够很好的模拟混凝土双轴受压强度的提高和双轴拉压应力状态下的"拉压软化效应",这对混凝土结构的非线性分析是非常重要的.     

CFRP约束高强混凝土应力-应变模型

为研究碳纤维约束高强混凝土单轴受压性能和应力-应变关系,进行了碳纤维约束高强混凝土棱柱体单轴受压试验,考察了混凝土强度、碳纤维包裹层数等参数对其单轴受压性能的影响规律;将试验结果与国内外七个碳纤维约束混凝土棱柱体的应力-应变模型进行了比较,发现已有模型不能准确反映碳纤维约束高强混凝土的单轴受压性能;选取与试验结果整体趋势相近的Youssef模型,依据本文试验结果对应力-应变曲线的特征点进行了修正,建立碳纤维约束高强混凝土的应力-应变模型,模型预测结果与试验结果吻合较好.     

饱和混凝土劈拉试验动态特性研究

利用大型多功能动静力三轴仪进行了不同应变速率(10-5、10-4、10-3和10-2s-1)下,饱和混凝土劈拉试验,对其峰值应力、峰值应变、弹性模量、吸能能力等物理力学参数变化规律进行了研究,进而分析了饱和混凝土劈拉试验下的各力学参数率效应。从断裂力学角度,分析了饱和混凝土劈拉强度变化机理。基于对具有软化段的Mazars本构模型的改造,构建了饱和混凝土劈拉试验应力-应变全曲线方程。经验证,此模型能够较好吻合试验数据。     

混凝土二维本构关系试验研究

本文采用Instron-8506四立柱液压伺服试验机对混凝土二维本构关系进行了系统的试验研究。在应变控制加载的条件下测得了混凝土板式试件在二轴压-压区和拉-压区的双轴应力应变全曲线。分析了试件的破坏特点,讨论了不同应变组合条件下试件的破坏模式。提取全曲线的特征参数,建立了应力空间和应变空间的强度包络线,并与经典试验结果进行了对比。研究表明双轴应变比例控制加载条件下可以测得混凝土板式试件的二轴应力应变全曲线,所得曲线具有一定的精度和可信性。本文得到的应力应变全曲线和包络线为多轴本构关系的研究以及复杂结构设计提供了依据。     

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.     

混凝土多轴非线性本构模型的研究

通过大量试验,测得了混凝土在单轴应力状态及在5种不同应力比下的双轴应力状态的应力-应变关系.论述了Jones-Nelson-Morgan模型的构成原理及其参数的确定方法,首次将这个模型,用于混凝土材料的本构关系分析,结合混凝土的单轴试验结果,建立了混凝土的非线性本构模型,该模型的特点是材料的力学性能只为应变能的函数,使材料模型可以方便地应用于复杂应力状态.利用广义虎克定律,将模型推广应用于混凝土双轴应力状态的本构关系分析,获得了与试验结果符合较好的理论模型.     

具有统计损伤的岩石弹塑性本构模型研究

利用细观力学的Eshelby等效夹杂方法建立了岩石的弹塑性损伤统计本构模型，在该模型中采用了总体应变与各组成相间应变关系与总体应力与各组成相间应力关系不一样的假设，并用最优化方法确定该模型参数。建立的模型能够反映岩石破坏前应力．应变关系和轴向应变．横向应变关系，与试验结果比较表明该模型是合理的。     

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。     

钢纤维混凝土力学特性与本构模型研究

采用MTSS10和直径为74mm的大尺寸SHPB实验装置，对超短钢纤维混凝土进行了动静态力学性能实验。基于所测的应力-应变曲线，对钢纤维混凝土在不同应变率下的弹性模量、峰值应力、峰值应变和韧度变化规律进行了探讨。此外，根据曲线特点提出了一种含损伤本构模型。     

混凝土火灾损伤本构模型研究

混凝土材料在高温作用下的力学性能研究对混凝土结构防火设计和火灾损伤评估具有重要意义。构建了混凝土火灾损伤本构模型,引入热损伤反映温度对混凝土弹性模量、抗拉强度、抗压强度等力学参数的影响,考虑到混凝土受拉和受压状态下的不同的损伤特性,将混凝土材料的损伤分为受压损伤、受拉损伤和热损伤三种。建立了损伤演化、塑性流动以及内变量演化方程,通过塑性-损伤耦合,描述了不同温度和应力状态下混凝土的应力-应变特性,证明了模型严格符合热力学定律。利用所建立的本构模型对不同温度下的混凝土单轴拉伸、压缩试验进行了模拟计算,计算结果与试验结果能较好地吻合,证明了模型的合理性。     

Model for post-yield tension stiffening and rebar rupture in concrete members

A tension stiffening model is presented which enables the calculation of average tensile stresses in concrete, after yielding of reinforcement, in reinforced concrete elements subjected to uniaxial tension, shear or flexure. To determine the average tensile stress-strain relationship for concrete, a crack analysis approach is employed taking into account the bond mechanism between concrete and deformed reinforcing bars, and numerical analyses are conducted to determine the tensile behavior of reinforced concrete members including post-yield response. Analytical parametric studies are conducted to determine the influence of various parameters including concrete compressive strength and reinforcement yield strength, ultimate strength, hardening stress, and hardening strain. Analysis results obtained from the proposed model, when compared to experimental results for uniaxial members, indicate good agreement for structural behavior after yielding of reinforcement. The proposed model makes it possible to accurately calculate reinforcement stresses at crack locations and, thus, average strain conditions which result in rupture of reinforcement. This leads to more realistic predictions of the uniaxial, flexural, and shear ductility of reinforced concrete members.     

巷道/隧道围岩非线性流变数学力学模型及其初步应用

研制了三轴巷道／隧道围岩流变试验台，并进行了多年的试验观测。从岩石长期强度的衰减特征和岩石的应变能守恒原则出发，建立了非弹塑粘性元件组合模型的岩石非线性流变数学力学模型，在此基础上建立了巷道／隧道围岩非线性流变数学力学模型。应用线性莫尔强度理论将单轴应力极限转换为三轴应力极限，从而由所测的单轴全应力一应变曲线参数来求围岩三轴应变。依据该模型计算的巷道围岩流变值与试验值拟合较好，该模型在预测巷道破坏圈方面得到初步的成功应用。     

Stress–strain relationship of concrete confined by rectangular steel tubes with binding bars

This paper presents a model for uniaxial stress–strain relationship of concrete confined by rectangular steel tubes with binding bars. The difference between concrete confinement effect provided by broad faces and that provided by narrow faces of steel tube is considered in the proposed model. Also, the binding bar arrangement in different directions is taken into account in the model. The failure criteria for concrete subjected to triaxial compression is applied to estimate the ultimate strength of concrete core. The parameters of the model are determined based on the experimental results and the calculation of complete load–strain relationship curves is conducted for axially loaded rectangular CFT specimens with binding bars using this uniaxial stress–strain relationship. The concrete core strength and stress–strain behavior of rectangular CFT columns with binding bars is found to exhibit good agreement with experimental results. In addition, the proposed model is also applicable to concrete confined by rectangular steel tubes without binding bars.     

岩石的单轴拉伸及其本构模型

在１０种岩石单轴拉伸试验的基础上，分析了岩石在拉应力作用下非弹性应变随应力增加而增加的规律性，提出了能够表现岩石受拉变形破坏全过程的非线性粘弹性本构方程。通过对拉应力作用下岩石本构模型与裂缝扩展模型的比较，讨论了岩石在受拉过程中非弹性应变增加与裂缝扩展之间的关联，发现了两者时间效应特征的相似规律性。     

灰岩强度特性的试验分析与数学模拟

以某电站所提供的灰岩岩芯为例 ,对该电站的岩芯的强度特性进行了研究 ,依据单轴压缩试验结果分别提出了风干状态下岩石的单轴抗压强度与高径比 ,自然状态、饱和状态下岩石的单轴抗压强度与横截面积之间的非线形关系式 ,该式可以很方便地在有关工程中为相似岩石估算其强度值提供参考、借鉴。天然状态下的岩石处于三向压缩状态 ,室内三轴压缩试验是岩石应力状态较为真实的反映。针对灰岩的三轴压缩试验结果 ,对其应力应变关系曲线进行了分析与比较 ,并进行了曲线拟合。结果表明 ,岩石的变形可以分为四个不同的阶段 ,围压对岩石的应力应变关系有一定影响 ,用多项式函数拟合应力应变关系曲线是比较理想的。     

利用方差改进混凝土三维本构模型

根据Darwin和Pecknold提出的"等效单轴应变"概念,在Elwi和Murry混凝土三维轴对称正交异性本构模型的基础上,建立了新的混凝土三维本构模型。在新的模型中,本构关系矩阵中的非对角元素取值,是根据模型与试验方差最小的原则确定,通过对比可以看出,新的模型的计算结果和试验符合较好,可以普遍用于钢筋混凝土二维、三维非线性有限元分析。     

Performance of a cured-in-place pressure pipe liner passing through a pipe section without structural integrity

The performance of a cured-in-place pipe (CIPP) liner as it spans a section of host pipe that has lost its structural integrity is examined through finite element analyses. Orthotropic and nonlinear analyses are used to examine 3D effects. The 3D analysis is compared to an earlier axisymmetric model. The effects of friction between the liner and the old pipe as well as the orthotropic material properties of the liner are investigated. Failure pressures and unconfined hoop displacements are calculated using failure criteria from ASTM F2207-06 and it is concluded that the liner response is dominated by uniaxial rather than multiaxial strength properties. Lastly, it is recommended that the maximum stress criterion be used over the interactive stress criterion for this loading condition.     

土钉支护工作性能参数分析

采用三维分离式有限元模型 ,考虑土钉的加固作用及土钉与土体的相互作用 ,模拟土钉支护施工过程。选择能够反映开挖特点的土的本构关系 ,从而建立有限元分析方法 ,并通过编程计算研究土钉支护的工作机理、变形和受力性能 ,分析支护参数的影响。通过对一个大型足尺模型试验实例的分析计算 ,与实测结果和现有有限元分析结果进行比较分析 ,说明对二维有限元分析结果的改进。研究结论对土钉支护的设计和施工具有较高的应用价值。     

Experimental study on strength and ductility of carbonated concrete elements

Twenty-seven prisms are tested under monotonic uniaxial loading to study the compressive stress–strain relationship of carbonated concrete. Compared with un-carbonated concrete, test results show that the compressive strength is increased while the ability of deformation is reduced when the concrete is carbonated. Based on the contrast experiment between carbonated and un-carbonated concrete elements, the effect of carbonation on structural behavior of reinforced concrete is studied on four model columns and two model beams. The conclusion is that carbonation decreases earthquake-resistance of concrete structures.     

软岩的应变速率效应研究

对硅藻质软岩试样进行了不同围压和不同加载速率的应变和应力控制式固结不排水三轴试验,试验结果表明,硅藻质软岩具有明显的应变速率效应,加载速率对软岩的强度变形特性有较大的影响。在试验研究的基础上,应用三维弹粘塑性模型,考虑硅藻质软岩的应力–应变关系的时间依存性,模拟了软岩的应变速率效应。数值分析中所采用的参数均由试验确定,对不同应变速率下固结不排水试验的应力–应变关系和有效应力路径的数值计算结果,反映出不同应变速率下软岩的峰值强度和残留强度均随着应变速率的增大而不断提高,与试验结果相吻合;计算结果还反映出与试验结果一致的孔隙水压力变化和应变软化趋势。通过对比分析表明,三维弹粘塑性模型可以较好地描述软岩的应变速率效应。