不同强度钢筋受压屈曲性能及材料本构模型

长径比和屈服强度是影响受压钢筋屈曲性能的主要参数，已有研究成果重点分析长径比的影响，关于屈服强度对钢筋屈曲后强度退化规律的系统性研究成果很少。该文完成了长径比分别为4.000、5.000、6.000、6.250、8.000、9.000、9.375、10.000、12.000和15.000的HRB400钢筋、HRB500钢筋试件的单调受压屈曲试验，测量了各屈曲钢筋试件的平均应力-平均应变■曲线和跨中横向屈曲位移。结合作者已完成的HRB600钢筋的相应试验结果，分析了屈服强度、长径比和屈曲方向对屈曲钢筋受压强度退化的影响，对比了D-M模型计算的■曲线与不同强度、长径比钢筋试件的屈曲受力性能差异。通过分析各类误差产生的原因，提出了可合理考虑长径比、屈服强度对屈曲效应影响的修正D-M模型。研究结果表明：由于不同强度钢筋的ε_u、ε_sh、f_y、f_u等力学性能参数不同，钢筋试件屈曲受力性能存在差异；较小长径比的钢筋受压屈曲后平均应力能继续提高，较大长径比的钢筋受压屈曲后无法达到屈服强度；不同长径比或屈服强度的钢筋...     

HRB400钢筋单调拉伸及低周疲劳性能试验研究EI北大核心CSCD

该文以我国HRB400钢筋为研究对象,首先对其进行了单调拉伸试验和恒应变幅值循环加载试验,得出HRB400钢筋的基本力学性能参数、应变幅值-疲劳周期数和应变幅值-强度退化系数值关系式及疲劳参数的取值;然后,根据试验所得到的材料性能参数,在Open Sees软件中,选用Reinforcing Steel钢筋本构模型对本次试验进行了模拟,验证了试验数据处理结果的准确性和实用性;最后评价了HRB400钢筋的低周疲劳特性,为建立基于材料层次的精细化钢筋混凝土结构数值纤维模型提供了重要的试验参考依据。     

HRB400钢筋单调拉伸及低周疲劳性能试验研究

该文以我国HRB400钢筋为研究对象,首先对其进行了单调拉伸试验和恒应变幅值循环加载试验,得出HRB400钢筋的基本力学性能参数、应变幅值-疲劳周期数和应变幅值-强度退化系数值关系式及疲劳参数的取值;然后,根据试验所得到的材料性能参数,在OpenSees软件中,选用ReinforcingSteel钢筋本构模型对本次试验进行了模拟,验证了试验数据处理结果的准确性和实用性;最后评价了HRB400钢筋的低周疲劳特性,为建立基于材料层次的精细化钢筋混凝土结构数值纤维模型提供了重要的试验参考依据。     

不同加载条件下钢筋混凝土构件力学特性及影响规律研究

基于OpenSees中的BeamwithHingesElement单元,采用直接在截面层次上定义线弹性剪切恢复力模型,引入零长度单元利用粘结滑移材料模拟构件末端粘结滑移,考虑P-D效应引起的几何非线性,钢筋材料采用能精确模拟钢筋低周疲劳损伤与开裂现象的Mohle-Kunnath本构模型,分析构件在不同加载历史条件下的力学特性。研究构件在单调加载、非对称循环加载、对称循环加载条件下构件的力学特性,并进一步分析构件在不同循环周数条件下对称、非对称加载时构件的力学特性及钢筋材料应变随位移加载历史的变化特点,分析结果表明,钢筋混凝土框架柱在循环加载条件下的构件刚度退化、强度退化现象明显,构件的损伤程度随着剪跨比的降低和轴压比的增大逐渐加剧,构件随着循环周数的增加损伤程度更明显,钢筋材料应变随着循环周数的增加变化明显,随着轴压比增加和剪跨比的降低,构件刚度退化与强度退化随循环周数的增加更显著,钢筋应变同样有一定程度增加。     

新型高强钢筋动态拉伸力学性能研究

为了获取钢筋在不同应变率下的动态拉伸力学性能参数,利用动载试验机和分离式霍普金森拉杆对HRB400、HRB500高强钢筋和HTRB600、HTRB700新型高强钢筋进行了静态、快速和高速拉伸试验,试验中测得了不同应变率下的应力—应变曲线,并拟合得到动态力学性能参数。结果表明,4种钢筋的屈服强度和抗拉强度随应变率的增长均有提高,强度低的钢筋提高比例较大,屈服强度的提高比例大于抗拉强度的提高比例,弹性模量、塑性段切线模量和最大力总伸长率基本不受应变率影响。应变率的计算应区分弹性段和塑性段,基于不同的应变率计算方法可得到不同的本构模型参数,使用时应加以区别。     

考虑加载路径影响的改进Park-Ang损伤模型

合理准确地评价结构和构件在地震作用下的损伤程度是地震工程研究领域中的重要课题。Park-Ang损伤模型具有良好的试验基础,近似考虑了首次超越和塑性累积损伤综合作用的破坏机理,在地震工程研究领域应用广泛。该文针对Park-Ang损伤模型不能考虑加载路径的影响、单调加载时损伤指标大于1等问题,根据低周疲劳理论和Miner准则,结合国内外相关试验结果,提出了能考虑加载路径影响的改进模型。利用Kunnath完成的尺寸和配筋构造完全相同仅加载路径不同的系列试验的结果对改进模型进行了验证。结果表明,改进模型能比较准确地评价加载位移幅值较小时试件产生的低周疲劳损伤破坏,且对于不同的加载路径,改进模型减小了构件破坏时损伤指标的离散性,提高了损伤评估的准确性。     

锈胀开裂钢筋混凝土粘结疲劳性能试验研究

重复加载和锈胀开裂均会导致钢筋混凝土粘结性能退化,进而对钢筋混凝土构件力学性能产生不利影响。该文开展了一系列偏心拔出试验,研究了重复加载以及锈胀开裂对粘结滑移性能的耦合影响规律。主要研究变量包括重复加载次数、应力水平以及钢筋锈蚀程度。结果表明:重复加载对非锈蚀试件和锈胀开裂试件粘结强度及峰值滑移没有显著影响,但会导致钢筋和混凝土之间不断累积残余滑移。重复加载后,粘结应力-滑移曲线形态特征与单调加载试件相似。该文还发现表面锈胀裂缝宽度对粘结强度、峰值滑移以及残余滑移的增长规律有明显影响。锈胀开裂会导致钢筋混凝土试件粘结疲劳寿命显著下降。基于试验数据及文献中研究结论,该文建立了重复及单调荷载作用下非锈蚀及锈胀开裂试件的局部粘结应力-滑移本构关系模型,推导得到了粘结疲劳寿命预测模型。     

HRB400E抗震钢筋拉压循环本构关系EI北大核心CSCD

对新型抗震钢筋HRB400E进行单调拉伸及循环加载试验,研究其单调性能、滞回性能、延性特征等,为对比抗震钢筋与普通钢材力学性能的区别,同时进行Q355B钢材的单调拉伸及循环加载试验,并基于能量耗散系数评价不同钢材的耗能能力。采用Ramberg-Osgood模型拟合得到两类钢材的循环骨架曲线,进一步探究随动强化参数对数对滞回曲线模拟效果的影响,并根据循环加载试验结果标定得到Voce-Chaboche模型的混合强化参数,利用ANSYS有限元软件对不同加载制度下的滞回曲线进行模拟。结果表明:HRB400E抗震钢筋的能量耗散系数大于普通钢材Q355B,小于高强钢Q460D以及低屈服钢LYP100、LY100、LY160、LY225;循环荷载作用下,抗震钢筋和普通钢材的材料强度均有明显提升;取4对随动强化参数时,模拟曲线与试验曲线的吻合度最高;采用标定得到的混合强化参数可准确模拟两种钢材在不同循环加载制度下的滞回性能,为今后准确模拟HRB400E钢材在地震作用下的抗震性能提供了参考。     

网格箍筋约束混凝土柱轴压受力性能试验研究

为研究使用网格箍筋强度不同、素混凝土轴心抗压强度不同的约束混凝土的轴压受力性能,完成了39个网格箍筋约束混凝土方柱的轴心受压试验。混凝土设计强度等级为C20、C30、C40、C50,箍筋分别选用HRB335、HRB400、HRB500、HRB600钢筋,体积配箍率范围为1.0%～2.2%。试验结果表明：约束混凝土压应力达到峰值时,受压试件的约束箍筋屈服;随着配箍特征值增大,网格箍筋约束混凝土峰值压应力和峰值压应变提高幅度增大,受压应力-应变曲线下降段变缓。根据试验结果,通过回归分析获得了网格箍筋约束混凝土峰值压应力、峰值压应变的计算公式;建立了相应的轴心受压应力-应变模型,与几种具有代表性的箍筋约束混凝土应力-应变模型的对比表明,建立的模型与试验结果吻合较好;提出了约束混凝土极限压应变计算方法。     

聚氨酯注浆材料在循环压缩加载下疲劳性能与微观结构演化

应用于基础设施维修加固的聚氨酯注浆材料通常承受反复荷载作用,对聚氨酯注浆材料进行循环压缩加载试验以测试其压缩疲劳性能,全程记录材料的应变响应,并在SEM下观测材料泡孔结构疲劳破坏的微观形貌特征。试验结果表明:材料在循环荷载下的响应分为三个阶段,第一阶段持续数十次,弹性应变递次增大;第二阶段应变值稳定;第三阶段在高应力水平下表现为疲劳破坏,在低应力水平下表现为循环硬化。对于0.3g/cm3的试件,导致疲劳破坏的应力阈值α在0.7~0.8之间;而0.5g/cm3试件的阈值在0.6~0.7之间。发生疲劳破坏时,材料的宏观表现为垂直于荷载方向的鼓出,微观表现为泡壁裂纹扩张和棱边屈曲。此外,提出疲劳损伤参数D表征材料模量在循环荷载下的演化,D可以敏感地捕捉低应力水平下第三阶段材料的循环硬化。     

Impact of corrosion on low-cycle fatigue degradation of reinforcing bars with the effect of inelastic buckling

The combined effect of inelastic buckling and chloride induced corrosion damage on low-cycle high amplitude fatigue life of embedded reinforcing bars in concrete is investigated experimentally. A total of forty-eight low-cycle fatigue tests on corroded reinforcing bars varied in percentage mass loss, strain amplitudes and buckling lengths are conducted. The failure modes and crack propagation are investigated by fractography of fracture surfaces using scanning electron microscope. The results show that the inelastic buckling, percentage mass loss and nonuniform corrosion pattern are the main parameters affecting the low-cycle fatigue life of reinforcing bars. It was found that the fatigue life of corroded reinforcing bars combined with inelastic buckling has a significant path dependency. The results show that in some cases the number of cycles to failure of corroded bars under constant amplitude fatigue test is increased.     

The effect of ribs on the mechanical behavior of corroded reinforcing steel bars S500s under low-cycle fatigue

An experimental study has been carried out to assess the effects of gradually accumulating corrosion damage on the low-cycle fatigue behavior of smoothed concrete reinforcing steel bars S500s. Low-cycle fatigue loading may simulate in a satisfactory way the loading applied to the reinforcement of structures during seismic actions. Profiled (ribbed) concrete reinforcing steel bars have been tested after the removal of the ribs by means of filing. The fatigue behavior of the smoothed bars is compared against that of profiled steel bars, which are widely used as concrete reinforcement. The low-cycle fatigue tests performed indicate that the presence of ribs greatly reduces the performance of the steel bars under cyclic loading. A significant increase of the number of cycles to failure, as well as of the dissipated energy, has been observed, whereas there was only a minor reduction of the load-carrying ability of the bars due to the reduction of the ribs. The results indicate that the use of non-profiled steel bars could be considered in certain areas of reinforced concrete frames, especially for structures located in seismically active areas, which suffer the most from earthquake loadings.     

考虑柱纵向钢筋屈曲特征的修正材料本构模型

纵筋屈曲会加速钢筋混凝土（RC）柱峰值后承载力退化，在钢筋的材料本构关系中合理地考虑屈曲效应是RC柱的有限元模型可信的基础之一。Gomes等提出的屈曲钢筋材料本构模型（G-A模型）力学概念清楚，但两个基本假定存在明显误差。在OpenSees平台上，采用基于纤维截面的集中塑性铰非线性梁柱单元对24个钢筋试件的屈曲受力性能循环加载试验进行模拟。基于有限元计算结果，对G-A模型采用的全截面塑性弯矩M_p、忽略杆件轴向变形的几何关系进行了误差分析。通过回归分析，建立了修正G-A模型。研究结果表明，屈曲钢筋试件关键截面的应力分布与G-A模型的全截面塑性基本假定差别较大，忽略轴向变形影响会导致屈曲钢筋跨中侧向位移计算结果存在误差。原始G-A模型的模拟效果较差，修正G-A模型对全截面塑性弯矩、几何关系均进行改进，其计算精度明显提高。     

Einfluß von Kaltverformungen bis 5% auf das Kurzzeitschwingfestigkeitsverhalten des Feinkornbaustahles StE 47 und der Aluminiumknetlegierung AlCuMg 2

Influence of Prestrains up to 5% on the Low-Cycle-Fatigue of the Fine Grained Structural Steel FeE 47 and the Age Hardened Aluminium Alloy AlCuMg 2 For an optimum design of locally elastic-plastic strained components in the low-cycle fatigue range the influence of prestrains due to manufacturing or an overloading has to be considered. Strain- and load-controlled fatigue tests with the cyclic softening fine grained structural steel FeE47 and the cyclic hardening aluminium alloy AlCuMg 2 show an increasing reduction of fatigue life to crack initiation with increasing prestrain. This influence is due to the Bauschinger-effect. By consideration of the Bauschinger-effect using monotonic stress-strain curves obtained under tension and compression for different prestrains and a damage parameter the fatigue life reduction can be estimated.     

600MPa级钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

为研究配置600 MPa级钢筋混凝土柱的抗震性能,对5个配置600 MPa级钢筋混凝土柱和1个对比普通钢筋混凝土柱进行低周往复荷载试验;分析了钢筋强度、箍筋间距和轴压比对试件破坏形态、滞回性能、承载力及延性、耗能性能以及刚度与强度退化的影响。研究结果表明:试件仍主要发生弯曲破坏,但600 MPa级纵筋与混凝土间出现了明显的粘结失效,且纵筋容易断裂;提高钢筋强度,试件的承载力和能量耗散均显著增加,但延性和耗能能力有所降低;而增大箍筋间距会明显降低试件延性和耗能能力,加快试件后期的强度衰减,但基本不影响承载力。总体上看,600 MPa级钢筋混凝土柱具有较好的抗震性能,能通过合理的设计将其应用于抗震结构中。     

Q690D高强钢基于连续损伤模型的断裂破坏预测分析

高强钢材在实际钢结构中已经开始逐步得到应用,该文针对Q690D高强度结构钢材,进行了钢材圆棒试样在单调加载和超低周循环加载下的断裂破坏试验,研究了试样裂纹的起始位置,分析了加载制度对试样承载能力和变形能力的影响,并采用扫描电镜观察了试样断口的微观形貌,断口呈现韧窝形式的延性断裂特征。基于Q690D钢材缺口圆棒试样的单调拉伸试验结果,结合有限元分析,标定了钢材的连续损伤模型参数。最后,应用钢材的连续损伤模型,对圆棒试样和带初始间隙试样在不同加载制度下的断裂破坏进行预测分析,得到试样的裂纹起始位置、荷载-位移曲线、断裂位移和疲劳寿命均与试验结果吻合良好。     

Influence of cyclic loading on the onset of failure in a Zr-based bulk metallic glass

Samples of Zr_62.5Cu_22.5Fe₅Al₁₀ bulk metallic glass are subjected to uniaxial compression. Comparison of tests in monotonic loading and cyclic loading (repeated loading to the onset of plasticity, then unloading) shows that the compressive plasticity of the glass is drastically reduced under cyclic loading. It is argued that this effect arises from stress reversal accelerating the concentration of shear on a dominant shear band. The link with compression–compression fatigue results, and the consequences for low-cycle fatigue of metallic glasses are considered.     

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。     

Prediction of damage-growth based fatigue life of polycrystalline materials using a microstructural modeling approach

A new finite element-based mesoscale model is developed to simulate the localization of deformation and the growth of microstructurally short fatigue cracks in crystalline materials by considering the anisotropic behavior of the individual grains. The inelastic hysteresis energy is used as a criterion to predict the fatigue crack initiation and propagation. This criterion in conjunction with continuum damage modeling provides a strong tool for studying the behavior of materials under cyclic loading at the level of the microstructure. The model predictions are validated against an austenitic stainless steel alloy experimental data. The results show that a combined microstructural and continuum damage modeling approach is able to express the overall fatigue behavior of crystalline materials at the macroscale based on the microstructural features. It correctly predicts the crack initiation on slip bands and at inclusions in low-cycle and high-cycle fatigue, respectively, in agreement with experimental observations reported in the literature.