混凝土受拉疲劳试件的有限元分析

以国家自然科学基金资助项目《混凝土多轴疲劳破坏准则》(50078010)的试验研究为背景,运用有限元分析软件ANSYS对混凝土多轴疲劳试验中采用的试件进行单轴静态受拉分析,指出了受拉疲劳试件在设计及试验中所存在的问题并给出合理建议。     

煤矸石混凝土轴心受拉构件的试验研究

通过试验，对煤矸石混凝土轴心受拉构件在荷载作用下的强度，抗裂度，变形和裂缝开展进行了分析，讨论，并提出了相应的计算方法和设计建议。     

双侧压下混凝土静态受拉与受拉疲劳性能研究

进行了双向侧压作用下混凝土静态受拉与受拉疲劳试验.对静态受拉试验的极限抗拉强度、轴向拉伸应变和侧向压缩应变进行了比较分析,轴向拉伸应变因侧压的存在而快速增长,侧向压缩应变也因轴拉作用而增大,而极限抗拉强度则因侧压影响而降低;对受拉疲劳试验,则得到了S-N方程,应力应变曲线,应变、疲劳变形模量比与疲劳次数关系曲线,其特征表现为三阶段规律;并通过定义的对数线性变换把上述三阶段曲线转换为直线;反之,利用这种线性关系可以求得三阶段曲线关系.同时对静态受拉与受拉疲劳试验的相关物理量进行了比较分析,疲劳寿命和疲劳变形模量也因侧压的影响而有较大幅度的降低.     

混凝土,纤维混凝土的I型断裂

本文论述求混凝土，纤维混凝土试件在小于断裂荷载的外力作用下，裂纹的非线性扩展及如何用它来确定材料的断裂韧度，另介绍了作者提出了纤维混凝土的一般拉伸软化曲线及分析裂纹构件最大断裂荷载有关方法。     

混凝土、纤维混凝土的Ⅰ型断裂

本文论述求混凝土、纤维混凝土试件在小于断裂荷载的外力作用下,裂纹的非线性扩展及如何用它来确定材料的断裂韧度。另介绍了作者提出的纤维混凝土的一般拉伸软化曲线及分析裂纹构件最大断裂荷载的有关方法。     

活性粉末混凝土轴拉性能试验研究

应用自行设计的外夹式轴拉试验装置,对3种钢纤维体积率的活性粉末混凝土(RPC)试件进行了轴心受拉全过程试验.试验采用变截面弧形过渡的哑铃型试件,配合变厚度铜垫片,解决了外夹式试件易在端部产生应力集中的问题.试验结果表明,在普通万能试验机上不添加任何刚度辅助设施,能够测出钢纤维体积率Vf=1%、Vf=2%时的RPC轴拉应...     

高强混凝土和密筋高强混凝土受拉应力-应变全曲线的试验研究

本文简要介绍了高强混凝土和密筋高强混凝土受拉应力－应变全曲线的试验研究,以及为此设计和制造的2套试验装置。文中给出实测全曲线,分散性小,证明装置是可用的;最后给出全曲线的理论方程,并与实测曲线进行对比,表明符合很好。     

高强混凝土和密筋高强混凝土受拉应力─应变全曲线的试验研究

本文简要介绍了高强混凝土和密筋高强混凝土受拉应力─应变全曲线的试验研究,以及为此设计和制造的2套试验装置。文中给出实测全曲线,分散性小,证明装置是可用的;最后给出全曲线的理论方程,并与实测曲线进行对比,表明符合很好。     

复合受剪钢纤维再生混凝土破坏机理及强度计算

为研究钢纤维再生混凝土在复合受剪状态下的力学性能,以取代率、法向应力和钢纤维掺量为变化参数,设计了102个标准立方体试件进行复合受剪试验。观察了钢纤维再生混凝土在直剪、压剪作用下的破坏形态,获取了其在直剪、压剪作用下的全过程剪切应力-位移曲线,深入分析了取代率、法向应力和钢纤维掺量对钢纤维再生混凝土剪切强度、峰值位移的影响规律。结果表明：随着法向应力的增大,剪切强度逐渐增大;随着取代率的增加,掺量为0%的钢纤维再生混凝土剪切强度随之减小,掺量为1%的钢纤维再生混凝土剪切强度先增大后减小;与掺量为0%的钢纤维再生混凝土相比,掺量为1%的钢纤维再生混凝土平均剪切强度提高了10.77%;提出了剪切强度公式,所得计算值与试验值吻合良好。     

不同超低温作用工况混凝土受拉受压强度间关系试验研究

通过常温降至给定超低温(-40℃、-80℃、-120℃、-160℃和-190℃)以及经历超低温再直接和以1℃/min匀速地回至常温共3种工况混凝土的轴心受压和劈裂抗拉试验,探讨不同超低温作用工况下混凝土受拉受压强度间关系及其离散性变化情况。结果表明,随作用的超低温降低,混凝土超低温时相对受拉受压强度及其差值比分别呈先增后减、波动地增大和先增后减的变化趋势;经历超低温再直接回至常温工况混凝土相对受拉受压强度及其差值比分别呈波动状但较为平稳、先增大后平稳和先减后增的变化趋势;而经历超低温再以1℃/min匀速地回至常温工况混凝土相对受拉受压强度则均呈波动状且稍有增大的变化趋势。混凝土超低温时受拉受压强度离散性随作用的超低温降低分别呈先迅速后缓慢减小和缓慢增大的变化趋势;而经历超低温再直接和以1℃/min匀速地回至常温工况混凝土的受拉强度离散性却总是大于受压强度,但两者均呈波动性减小的变化趋势。     

混凝土拉伸损伤演变的细观力学研究

对二维平面应力问题,根据能量耗散等价假设,即当产生微裂纹所需能量等于形成损伤所需的能量时,细观损伤状态等价于宏观损伤状态,建立了单轴拉伸与双轴拉伸情况下混凝土宏观损伤变量与细观损伤参数(微裂纹密度)的关系。微裂纹扩展准则采用复合型准则。计算结果表明,混凝土双轴受拉发生破坏时的损伤值随横向拉应力的增大而增大。本文求得的有效弹性模量与细观力学的SCM结果吻合较好,与忽略相互作用的Taylor方法结果也基本吻合。     

不同温度下混凝土抗拉疲劳性能试验研究

进行了不同温度下混凝土在等幅重复荷载作用下的抗拉疲劳性能试验研究,分析了不同温度下砼抗拉疲劳强度、刚度、变形规律,建立了相应的疲劳方程及考虑温度影响的统一疲劳方程,并将常温下的砼疲劳性能试验结果同其他研究者的结果作了比较.给出了纵向总应变、割线模量的经验公式,及其第二阶段总应变增长率、割线模量衰减率分别与疲劳寿命的关系式.研究结果,为高温环境下受重复循环荷载作用的砼结构设计和分析提供了试验依据.     

混凝土断裂过程区长度计算方法研究

该文基于粘聚裂缝概念,以起裂韧度作为裂缝起裂和扩展的准则,提出了混凝土断裂过程区长度的计算方法。以Ⅰ型裂缝为例,计算了不同初始缝长和起裂韧度情况下的断裂过程区长度值,结合以往大体积混凝土的试验数据对其进行了验证。进而分析了断裂过程区长度的影响因素,结果表明：断裂过程区长度随初始缝长的增大而逐渐增大,随起裂韧度的增大而逐渐减小。     

考虑材料组成特性的混凝土轴拉破坏过程细观数值模拟

为反映骨料、砂浆及其之间的界面过渡区的组合特点和材料性能,基于材料细观非均匀性和有限元方法的混凝土破坏过程细观数值模拟需进行复杂、细致的网格剖分,导致了繁重的前处理工作和可观的计算量。该文对混凝土材料细观单元材质组成的单一化假定进行改进,将内嵌界面过渡区材料的规则化单元视为一种广义复合材料单元,建立了复合型界面损伤模型。采用等效方法确定单元的复合弹性关系,通过有限元法计算单元的局部应力;用细观层次上弹性力学性能的弱化描述单元组成材料的损伤,混凝土材料的破坏过程通过单元各组分的损伤模拟。应用该复合型界面损伤模型研究了混凝土试件的单轴拉伸破坏过程,细观数值模拟结果符合混凝土试件的宏观破坏特征,表明该模型可作为分析混凝土材料破坏过程的一种有效途径。     

权函数法计算的混凝土断裂韧度

在采用解析方法确定混凝土的双K断裂韧度时,粘聚断裂韧度计算的准确性直接影响起裂韧度断裂控制参数计算的准确性。根据权函数法,给出了基于CEB-FIP粘聚应力软化函数计算的粘聚断裂韧度的表达式。使用最大高度为1000mm的五组楔入劈拉紧凑拉伸试件测量的最大荷载和临界裂缝嘴张开口位移,计算了混凝土的双K断裂韧度,并与积分解析计算公式进行了对比。结果表明,两种解析计算方法较为吻合,最大误差不超过2%。     

基于残余应变的多侧压下混凝土受拉疲劳损伤研究

在侧压分别为0.25fc和0.50fc及其组合条件下,进行了混凝土在多侧压下的受拉等幅与变幅疲劳试验,得到了疲劳累积极限应变和残余极限应变,建立了残余应变与疲劳次数关系方程,并给出了残余应变与循环次数关系曲线。根据残余应变的稳定性,也即不受加载历程的影响,主要与侧应力水平和相对疲劳次数有关,以残余应变与相应应力水平下的残余极限应变之比作为损伤变量,建立了损伤变量与疲劳次数关系的统一方程,并给出了损伤变量与疲劳次数关系曲线。同时,对单轴、单、双侧压下的混凝土受拉疲劳的累积极限应变和残余极限应变与相应应力条件下的静态峰值应变进行了比较,其结果是随着侧应力水平的增加,相应的极限应变增加,再次说明了侧应力水平的影响。静态峰值应变与相应条件下的疲劳累积极限应变接近,残余极限应变与静态峰值应变及疲劳累积极限应变的比值较为稳定,其变化区间在0.22~0.28之间,且两种比值之间相差0.0~0.2。最后,对Miner准则进行了改进,并根据所建立的损伤模型与改进的Miner准则,对变幅疲劳寿命进行了预测,其结果是较为合理的。     

单向受拉状态下的钢纤维混凝土本构模型

在混凝土中添加随机分布的钢纤维能有效提高混凝土力学性能。为了更好地考虑纤维对单向受拉状态下钢纤维混凝土（SFRC）的增强作用,提出一个钢纤维混凝土的弥散开裂本构模型。在弹性阶段,纤维混凝土被视为简单复合材料,基于两相复合材料理论,对SFRC的弹性刚度矩阵进行修正;在受拉开裂后,混凝土的塑性变形量被视为纤维与混凝土界面脱粘过程中滑移量,利用粘结滑移模型计算纤维在混凝土开裂面上的桥接作用。该文通过有限元软件ABAQUS中子程序二次开发接口Umat,进行Fortran编程,在ABAQUS中实现该本构模型。通过数值模拟结果与受拉实验数据进行对比,验证了该本构模型的准确性。通过数值模拟分析,进一步探究钢纤维混凝土相关参数对抗拉性能的影响,为钢纤维混凝土在实际的工程中的应用提供建议。     

混凝土试样在静态载荷作用下断裂过程的数值模拟研究

提出了一个模拟混凝土断裂过程的细观力学模型,并应用该模型从混凝土的细观非均匀性结构出发,对混凝土试样在单轴和双轴静态载荷作用下的断裂过程进行了数值模拟,给出双轴载荷作用下混凝土的强度包络面。数值模型结果较好地模拟了混凝土试样从裂纹萌生、扩展到宏观裂纹形成的整个断裂过程,与实验结果表现出较好的一致性。     

混凝土的P-D-ε曲线及其累积损伤特性分析

本文在大量试验的基础上建立了描述混凝土在疲劳载荷作用下损伤与应变的概率关系的 曲线。使用该曲线可以十分方便地研究在不同存活率下混凝土的损伤阈值应变、破坏极限应变与损伤量的关系，判断混凝土结构在任意应变状态下所处的损伤状态或剩余强度。提供了一种依据实测应变量及应变变化评估混凝土结构可靠度和寿命的有效途径。