预期损伤部位采用FRC梁柱组合件层间剪力-变形计算模型研究

通过分析梁柱组合件层间变形与梁端变形、柱端变形和节点核心区剪切变形之间的关系,梁端、柱端弯矩与曲率之间的三折线关系及节点核心区剪力与柱顶剪力之间的关系,提出预期损伤部位采用纤维增强混凝土（FRC）梁柱组合件层间剪力-变形计算模型;以节点核心区剪切破坏为主要破坏模式,分析FRC梁柱组合件在开裂点、屈服点和峰值点处的层间剪力、梁端变形、柱端变形和节点核心区剪切变形及各部分变形引起的层间变形占层间总变形中的比例及变化规律。将模型计算结果与试验结果进行比较,结果表明：提出的层间剪力-变形理论计算模型可较好地反映FRC梁柱组合件在地震作用下的层间剪力-变形关系。     

考虑损伤的纤维增强混凝土剪力墙恢复力模型研究

通过理论分析与试验回归相结合的方法,对6个局部纤维增强混凝土(FRC)配筋剪力墙循环往复加载试验结果进行研究,提出了考虑轴压比、边缘约束区纵筋率、配箍特征值、FRC和钢筋力学性能以及钢套管等因素的骨架曲线特征点简化计算公式。同时,考虑加载历程对墙体性能退化的影响,通过引入一个基于试验拟合结果的损伤模型,定量描述了各试件滞回环卸载刚度和骨架曲线下降段强度退化规律,给出了恢复力模型滞回规则,并与试验墙进行了模拟对比,验证了模型的准确性。     

塑性铰区采用纤维增强混凝土剪力墙的变形性能研究

为了提高高强混凝土剪力墙的抗震性能,在其潜在塑性铰区采用纤维增强混凝土代替高强混凝土,设计了4片剪跨比为2.1的剪力墙试件,进行了拟静力试验。通过改变纤维增强混凝土区高度、轴压比、纵筋数量、箍筋配箍特征值和水平分布筋数量,研究这种剪力墙的抗震性能。结果表明：这种剪力墙试件的抗损伤能力明显改善;纤维增强混凝土区高度对其变形能力有明显影响;开裂荷载和开裂位移显著提高。根据试验结果,分析了这种剪力墙试件的开裂位移、屈服位移和极限位移,给出了考虑剪切、弯曲变形影响的开裂位移、屈服位移和极限位移的计算公式,公式的预测值与试验值吻合较好。     

FRC框架结构基于等效单自由度模型的抗地震倒塌能力评估

为了快速评估建筑结构的抗地震倒塌能力,该文基于Adam等提出的等效单自由度模型,首先用Pushover分析方法对纤维增强混凝土(FRC)结构进行静力弹塑性分析,获得其基底剪力-顶点位移曲线,据此确定其力-变形关系;然后根据力-变形关系以及侧向位移形状函数,确定相应的等效单自由度模型的相关参数;按等效单自由度模型计算结构的抗地震倒塌能力。分别对某8层钢筋混凝土框架结构和FRC框架结构进行分析。结果表明:用与多自由度结构相应的等效单自由度模型评估FRC框架结构的整体抗地震倒塌能力是可行和偏于保守的;采用抛物线加载模式比倒三角加载模式得到更接近由IDA分析所得的结构抗地震倒塌能力中位值;在其他条件相同时,FRC框架结构比普通混凝土框架结构具有更高的抗地震倒塌能力。     

增强纤维约束混凝土柱应力-应变模型RBFNN改进计算方法

为提高增强纤维约束混凝土柱应力-应变模型中特征点(峰值应力、应变)的计算精度,针对已有文献资料提出的特征点近似计算公式的不足,引入径向基函数,以混凝土轴心抗压强度、FRP抗拉强度、FRP环向约束体积比、拐角半径与截面短边比值及截面长宽比为输入参数,峰值应力比、峰值应变比为输出参数,建立特征点的径向基网络模型.模型计算结...     

混凝土化学-力学损伤本构模型

水使混凝土孔隙溶液中钙离子流失是混凝土结构力学性能劣化的重要原因。根据试验结果,提出了一个新的混凝土化学—力学损伤耦合本构模型,用各向同性损伤变量描述混凝土化学—力学损伤。混凝土孔隙中钙浓度满足钙离子质量守恒的非线性扩散方程。有限元计算和试验结果表明,计算值和试验数据吻合很好,提出的本构模型能较好地反映混凝土化学—力学损伤耦合作用。     

炭黑增强橡胶复合材料的大变形细观力学模型

为考察炭黑对橡胶复合材料超弹性力学行为的影响,首先,利用不同填充体积分数的炭黑增强橡胶复合材料的准静态力学试验数据,对现有的基于均质化方法的"变形放大"细观力学模型的大变形表征能力进行了评估。其次,在此基础上提出了新的"第一不变量放大"关系,并获得了较为合理的预测结果。最后,利用随机序列吸附算法建立了较接近材料真实细观结构的球形颗粒填充数值模型,进行了大变形情况下的三维数值模拟;为考察颗粒聚集效应的影响,还设置了颗粒均匀随机分布和团聚随机分布两种形式。计算结果与试验数据的对照表明:提出的三维细观数值模型已经能在一定程度上预测填充橡胶的大变形宏观力学行为,且颗粒团聚随机分布模型的预测能力更好一些。试验结果验证了该模型的合理性,所建模型为进一步的相关研究提供了参考。     

不同损伤源对玄武岩纤维增强混凝土孔隙结构变化特征的影响

为了研究玄武岩纤维增强混凝土在高温和力学两种损伤源下的孔隙结构变化特征,采用核磁共振(NMR)和扫描电镜(SEM)技术,观察试件T₂谱分布、孔径分布、孔洞和裂隙发育情况。结果表明,高温作用后基准混凝土、短玄武岩纤维增强混凝土、长玄武岩纤维增强混凝土均呈微孔数量不断减小、介孔数量不断增加的趋势。通过对比发现,长玄武岩纤维增强混凝土T₂谱主峰孔隙数量最多,孔径分布最大。以长玄武岩纤维增强混凝土为例,研究在高温和力学两种损伤源下玄武岩纤维增强混凝土的孔隙结构变化特征。发现弛豫时间在0.1~10 ms内高温损伤下玄武岩纤维增强混凝土的孔隙数量大于力学损伤下的孔隙数量,且随着温度升高,T₂谱主峰向右偏移,随着荷载增加,T₂谱主峰几乎不发生变化,表明温度升高更能加剧损伤,每级温度作用下新生孔径不断增大。T₂谱主峰幅值和孔径分布随温度升高不断增大,随荷载增加出现先减小后增大的现象,表明高温作用对混凝土直接构成损伤,而力学作用使混凝土先密实再产生损伤,SEM观察得到了相同的结论。      

纤维增强复合材料考虑损伤的温度胀缩细观力学模型

采用细观力学方法,建立了纤维增强复合材料（FRC）包含基体微裂纹和纤维/基体脱粘的热胀/冷缩理论模型。模型考虑了基体、界面中不同分布取向的微裂纹在升温和降温过程中张开、闭合情况的差异,及其对复合材料平均热胀/冷缩系数（CTE/CTC）的影响,同时还考虑了细观应力分布不均匀的因素。建立了细观有限元模型对理论模型进行验证。研究发现：复合材料损伤后CTE和CTC不一致,且取决于损伤模式：基体微裂纹损伤使得复合材料的横向CTE高于无损材料,而横向CTC低于无损材料,但对纵向CTE/CTC影响不大;纤维界面脱粘能较明显地减小复合材料的纵向CTC,但对横向CTC的影响可忽略。     

木塑复合材料力学模型的研究进展

简要地概述了数学方法在描述和预测纤维增强聚合物复合材料力学性能研究中的应用情况,在此基础上综合分析了纤维增强聚合物复合材料力学模型的特点,并介绍了混合法则,Halpin-Tsai模型,Cox模型和Kelly-Tyson模型等常用模型的原理,评述了它们在实际应用中的优势和缺点,讨论了构建木塑复合材料力学模型过程中涉及的假设和参数设定等关键问题,最后展望了力学模型在木塑复合材料中的应用前景。     

FRC层合板抗高速冲击机理研究

基于纤维增强复合材料( FRC) 层合板高速冲击下横向变形及破坏模式的分析, 根据冲击动力学理论和应力波传播特性, 建立了FRC 层合板柱形弹高速冲击下的两阶段(剪切侵彻和连续侵彻) 侵彻动力学分析模型。采用瞬态梯度变形锥理论分析了连续侵彻阶段的弹、靶相互作用, 并编制相应计算程序, 通过计算结果与实验测试结果的综合比较, 弹体初速在300～900 m/ s 范围内, 剩余速度误差小于50 m/ s , 验证了两阶段侵彻模型的适用性和稳定性, 分析了实验现象, 如梯度变形锥、背层花瓣开裂和面背层破坏模式差异等的产生及形成机理, 提出了提高现有层板结构抗弹性能的新途径, 如降低层间粘结强度、提高面层纤维的抗剪能力等。      

Evaluation of crack width in FRC structures and application to tunnel linings

When steel bars are placed in a concrete structure, the evaluation of crack width and crack spacing is generally required in the serviceability stage. According to more or less aggressive conditions, crack width shall be limited in order to avoid, for instance, the corrosion of steel reinforcement. The presence of fibers in the concrete cast may help to achieve this goal, since fibers remarkably increase the bridging actions across a crack. However, new mechanical models are needed to evaluate these effects, which are generally neglected by classical approaches. Code requirements are based on semi-empirical formulae, in which the average structural performances are analyzed by referring to a single cross-section, instead of a wide portion of an R/FRC or RC element in bending. To evaluate crack patterns more accurately, a suitable block model is therefore introduced in this paper. With the new approach, the bridging effects of fibers, as well as the bond-slip mechanism between steel bars and FRC in tension, are taken into account. By means of such model, it is possible ble to predict at one time the values of crack width, crack spacing, and crack depth, and compare them to data obtained by bending tests on concrete beams. Moreover, to evaluate the possible crack patterns in R/FRC tunnel linings, the proposed block model has been extended to the serviceability stage of massive structures subjected to combined compressive and bending actions. This paper follows a previous work by the same authors (Chiaia et al. Mater Struct 40(6):593–694, 2007) and completes the design procedures for FRC cast-in-place tunnel linings.     

微电子材料化学机械平坦化加工中的材料去除率模型

采用有限元数值方法分析微电子材料化学机械平坦化(CMP)工艺过程中材料的变形和去除机理,得到作用在磨料颗粒上的力与名义压力、磨粒含量以及垫板几何和力学特性之间的关系,进而建立起一个材料去除率(MRR)模型。利用该模型预测得到的材料去除率与悬浮液中磨料颗粒含量以及压力间的关系与已有的实验结果相吻合,合理解释了实验观察到的现象。     

钢筋混凝土深受弯构件受剪承载力概率模型研究

贝叶斯理论具有充分利用模型信息和数据信息且考虑先验分布等优点,已被广泛应用于各个领域。通过贝叶斯多元线性参数估计方法,建立基于影响参数的钢筋混凝土深受弯构件贝叶斯概率抗剪模型。基于该模型和271组钢筋混凝土深受弯构件试验结果,完成了模型参数计算及基于贝叶斯理论的受剪承载力计算,同时,利用贝叶斯参数剔除法对抗剪模型进行简化,并与我国混凝土结构设计规范(GB50010-2010)、ACI318-08、CSA和EC2等现有规范计算结果进行了对比分析。研究表明：利用贝叶斯方法建立的基于影响参数的深受弯构件抗剪模型计算结果与试验吻合良好,采用贝叶斯动态更新后结果较规范值更接近试验值,简化后模型能较为合理的进行深受弯构件受剪承载力计算。     

考虑力学机制和不确定性影响的钢筋混凝土柱概率抗剪承载力模型

为了克服传统确定性抗剪承载力模型无法合理考虑不确定性因素影响所存在的缺陷,研究建立了一种能够综合考虑力学机制和不确定性影响的钢筋混凝土（RC）柱概率抗剪承载力模型。首先基于桁架-拱模型,综合考虑混凝土、箍筋和拱作用的抗剪承载力贡献以及不确定性的影响,建立了RC柱概率抗剪承载力模型的解析表达式;然后结合贝叶斯理论和马尔科夫链蒙特卡洛（MCMC）法,确定了概率模型参数的后验分布信息,并分析了概率模型参数的先验分布信息以及更新批次对概率模型参数后验分布的稳定性和收敛性的影响;最后利用试验数据验证了该概率模型的有效性。分析表明,随着试验数据的增加,概率模型参数的后验分布可以实现不断更新;概率抗剪承载力模型不仅可以合理描述抗剪承载力的概率分布特性,而且可以校准分析传统确定性抗剪承载力模型的计算精度。     

磁流变阻尼器性能试验及其非线性力学模型

磁流变阻尼器是一种应用前景广阔的智能型阻尼器。研制了双出杆流动型磁流变阻尼器,对其进行了阻尼特性试验。在阻尼特性试验研究的基础上,建立了描述磁流变阻尼器阻尼特性的非线性模型。讨论了施加的电流、激振频率对非线性模型参数的影响。所建立的非线性模型与传统的Bingham塑性模型相比较具有精度高、能准确反映磁流变阻尼器滞回特性等优点。     

磁流变阻尼器简化力学模型研究

基于磁流变液体在不同磁场和剪切率下流变特性和磁流变阻尼器在混合模式下的力学原理,推导出包含四个待定系数的磁流变阻尼器简化力学模型。利用MTS8701系统测试的磁流变阻尼器的阻尼力与活塞杆运动速度及励磁电流的试验数据,对磁流变阻尼器简化力学模型进行了系数辩识。用磁流变阻尼器的电压驱动和电磁系统动态响应时间加上磁流变液体成链时间作为磁流变阻尼器的响应时间,建立了带时滞因子的磁流变阻尼器简化力学模型。试验与仿真分析结果表明,该简化力学模型能反映其基本力学特性。     

松散热态沥青混合料压实力学响应及其粘弹塑性模型参数分析

结合沥青路面压实过程,利用MTS材料试验系统对松散热态沥青混合料进行压实试验,并用PT100温度记录仪采集温度变化。获得不同混合料的压实力学响应曲线和温度变化规律,分析了混合料的压实行为;建立一种考虑沥青混合料有效应力的粘弹塑性本构方程来反映其流变特性,并确定各荷载循环和温度下沥青混合料的粘弹塑性模型参数。结果表明:压实过程的松散热态沥青混合料具有明显的粘弹塑性特性,压实试验全面地反映了混合料的变形特性,粘弹塑性模型参数很好地揭示了混合料压实过程的力学特性;在一定温度范围和压实作用下混合料才能获得有效压实,为热态沥青混合料压实流变性能和施工工艺的研究提供了理论基础和试验方法。