基于能量损失理论的混凝土受压损伤本构模型

在Najar损伤理论基础上,基于《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010),提出一种新型的混凝土单轴受压损伤本构模型,得到混凝土单轴受压损伤的计算公式和演变方程,可更好地描述没有简化的混凝土单轴受压过程中的损伤状况.给出常用强度等级的混凝土受压损伤本构曲线和损伤变量方程,对比分析不同强度等级混凝土的损伤曲线.应用软件ABAQUS,建立一个矩形钢筋混凝土筒体剪力墙模型,绘制模型结构的极限承载力骨架曲线.拟合对比分析,建立材料损伤和结构破坏的宏观近似关系,证明了假定是合理的.该本构模型具有参数少、简单实用和精度较高等优点,利用此方法可以有效解决混凝土受压损伤的仿真分析.     

冻融循环作用下煤矸石混凝土的损伤特性及本构关系

考虑煤矸石粗骨料取代率(0、20％、40％、60％)的影响,开展冻融循环试验、单轴受压本构试验及声发射检测试验,研究煤矸石混凝土的损伤本构模型.结果表明:不同取代率煤矸石混凝土的相对峰值应变与冻融损伤值具有较高的相关性,所得冻融损伤值与相对峰值应变的方程可为本构模型的建立提供有效参数.煤矸石混凝土声发射特性与其荷载损伤...     

混凝土力学性质的损伤检测分析

冻融循环将直接导致混凝土内部结构损伤,使混凝土材料的结构松散,力学性能退化.这种性能退化所反映的混凝土本构行为的变化特性,既是工程中关于混凝土耐久性寿命评价、在役结构稳定性判断的重要参数,也是本构理论研究中的空白.基于这种指导思想,从冻融过程中的宏、细观试验建立混凝土力学性能退化规律的基本认识,屈服破坏面改变与本构模型参数的变化规律,得到关于冻融损伤发展的有益结论.     

轻集料混凝土局部受压试验及动力本构分析

为探究轻集料混凝土单轴局部受压动力特性,采用试验机对轻集料混凝土单轴局部受压本构关系进行相关试验研究.考虑了5种不同加载应变率和4种不同加载面积,在位移控制下,得到轻集料混凝土单轴局部受压应力-应变曲线.根据应力-应变曲线特征点的峰值应力、峰值应变和弹性模量,分析不同加载应变率与加载面积对特征点的影响.同时根据混凝土黏弹塑性损伤本构模型,考虑不同加载应变率和加载面积的影响修正模型参数,并通过试验数据验证理论模型的合理性.研究结果表明:加载应变率和加载面积对轻集料混凝土应力-应变曲线影响明显;不同加载面积对轻集料混凝土弹性模量、峰值应力及峰值应变有较大影响;所提出的理论模型能够准确描述轻集料混凝土材料局部动力荷载作用下的应变率效应和非线性行为.     

混凝土单轴受压本构模型及其应用

通过一个细观模型,从损伤的角度解释混凝土在压应力作用下应力-应变关系的非线性和应变软化,根据等效应变假设和损伤力学基本原理,建立了单轴受压混凝土的弹塑性损伤本构模型,可导出已有单轴受压本构关系,并能反映混凝土的刚度退化和卸载后的残余变形;提出一类损伤函数和塑性变形经验表达式,利用应力-应变曲线特征条件和优化算法确定模型参数;与已有受压试验结果相比较,结果吻合良好.     

基于应力-应变曲线的混凝土弹塑性损伤本构模型

为了准确地模拟混凝土材料的力学性能,从有效应力的角度出发,基于连续损伤力学基本原理,根据混凝土的应力-应变关系曲线(以改进的Saenz曲线为例),推导出混凝土受压损伤演化方程,建立基于应力-应变曲线的混凝土弹塑性损伤本构模型,并且开发进入ABAQUS中;通过数值模拟与试验结果对比分析,结果表明该本构模型可很好地描述混凝土的塑性变形、刚度退化的力学行为;对钢筋混凝土桥墩的振动台试验进行模拟,结果表明该模型可较好地模拟地震作用下钢筋混凝土桥墩的损伤演化过程,因此该方法建立的混凝土弹塑性损伤本构模型具有工程应用意义.     

纤维混凝土受压细观统计损伤本构模型研究

分别对31个普通混凝土试块、38个钢纤维混凝土试块及11个聚丙烯纤维混凝土进行了单轴受压本构试验研究,采用卡方检验方法对试验结果进行统计分析及假设检验,确定了以峰值应变为损伤变量的概型分布.基于唯象细观统计损伤力学及热力学的相关理论,在传统模型基础上引入了损伤阈值概念,并研究了不同混凝土损伤阈值取值问题.同时,探讨了塑性应变对本构模型的影响,建立了考虑塑性应变及损伤阈值的纤维混凝土单轴受压细观统计损伤本构模型.研究结果表明:损伤变量较好的服从Weibull分布函数;普通混凝土损伤阈值γ为0.6倍峰值应变,掺入纤维后,损伤阈值γ提高为0.8倍峰值应变;所建立的本构模型能够有效地描述纤维混凝土的受压本构关系.     

反复加载作用下混凝土损伤塑性模型参数验证

主要研究反复加载作用下混凝土梁柱构件模型有限元参数的验证,Abaqus中通常采用混凝土损伤塑性模型(CDP模型)来定义混凝土本构关系,这是因为,损伤塑性模型在模拟混凝土构件的力学性能方面有很高的精度。而影响损伤塑性模型精度的六个参数包括:受压屈服应力、非弹性应变、受压损伤参数、受拉屈服应力、开裂应变、受拉损伤参数。原本需要混凝土材料试验得到以上六种参数,通过Abaqus中损伤塑性模型理论和规范中混凝土本构模型,在编程软件Matlab的帮助下,得到了C40混凝土的损伤塑性模型参数,节省了大量的时间和成本。在此基础上对梁柱节点试验进行精确化的建模,与试验结果相比,模拟结果有较高的精确度,误差在可接受范围以内。进而可得出,得到的混凝土损伤塑性模型的6个参数是准确的。     

早龄期水泥基灌浆料受压统计损伤本构模型

为研究早龄期水泥基灌浆料受压本构行为,对不同龄期(1 d≤t≤28 d)的水泥基灌浆料和同强度的普通混凝土开展单轴受压全过程试验,分析龄期对水泥基灌浆料、同强度混凝土单轴受压应力-应变曲线特征参数的影响,并将水泥基灌浆料的单轴受压应力-应变曲线特征参数与同强度混凝土进行对比。结果表明：随着龄期的增长,试件峰值应力、峰值应变、极限应变、弹性模量、峰值割线模量、应变延性系数和能量耗散系数均有不同程度的增大;水泥基灌浆料试件峰值应力、峰值应变、极限应变、应变延性系数和能量耗散系数均大于同强度混凝土,但试件弹性模量、峰值割线模量均小于同强度混凝土。结合水泥基灌浆料自身特征,基于现有模型建立了修正的分段式水泥基灌浆料受压本构模型,并基于统计损伤理论推导给出了水泥基灌浆料受压统计损伤本构模型。建议的受压本构模型计算结果与试验结果吻合较好,可以较为准确地描述早龄期水泥基灌浆料在单轴受压作用下的受力变形特点。     

再生骨料混凝土的力学性能

采用再生骨料配制再生骨料混凝土(RAC),研究其力学性能,特别是单轴受压应力-应变性能.通过改变再生骨料的取代量,研究再生骨料对RAC力学性能的影响.研究结果表明:随着再生骨料取代率的增加,RAC的强度会略有降低;RAC的单轴受压应力-应变曲线与普通混凝土相近,随着再生骨料取代量的增加,RAC的延展性得到提高;采用数值计算模型和损伤模型构造RAC的本构关系,回归曲线与实测单轴受压应力-应变曲线的吻合较好,特别是数值模型,基本上能够真实地再现应力-应变曲线,可用于混凝土结构的计算分析.     

冻融作用后钢筋与混凝土之间粘结性能研究

目的研究冻融循环作用后钢筋与混凝土之间粘结性能的退化规律.方法测定在常态和经过了50、100、150、200次快速冻融循环作用后钢筋与混凝土之间的粘结劈裂强度以及粘结滑移曲线,分析了粘结应力与粘结劈裂强度随冻融循环次数的退化规律.结果将试验结果与冻融作用后混凝土的劈拉强度衰减规律进行了对比,发现粘结劈裂强度表现出更显著的退化趋势,通过界面理论解释了钢筋与混凝土粘结过渡区的形成机理和显微结构特点,阐明了粘结性能对冻融作用的高敏感性,印证了宏观力学试验的测试结果.最后,建立了与相对动弹模损失率相关的粘结滑移本构方程及相关参数.结论冻融循环作用将导致钢筋与混凝土之间粘结界面发生损伤,出现局部"脱粘"现象,增大了混凝土发生粘结劈裂破坏的可能性.     

Cyclic constitutive equations of rock with coupled damage induced by compaction and crackingOA

In this paper, the cyclic constitutive equations were proposed to describe the constitutive behavior of cyclic loading and unloading. Firstly, a coupled damage variable was derived, which contains two parts,i.e., the compaction-induced damage and the cracking-induced damage. The compaction-induced damage variable was derived from a nonlinear stress–strain relation of the initial compaction stage, and the cracking-induced damage variable was established based on the statistical damage theory.Seco...     

冻融环境下沙漠砂对混凝土轴心受压力学性能的影响

为研究沙漠砂对混凝土抗冻性能的影响,采用快速冻融方法,进行掺沙漠砂混凝土冻融后轴心抗压强度试验,得到不同冻融循环作用下掺沙漠砂混凝土破坏特征和应力-应变曲线,分析不同冻融循环下掺沙漠砂混凝土表面损伤特征、质量损失率、动弹性模量损失率和超声波波速损失率的变化规律.结果表明:随着冻融循环次数增加,掺沙漠砂混凝土质量损失率变化较小,动弹性模量损失率、超声波波速损失率、相对峰值应变和极限应变均增大,相对峰值应力和横向变形系数均减小,弹性模量先增大后减小;在相同冻融循环次数下,掺沙漠砂混凝土弹性模量损失率、超声波波速损失率和相对峰值应变均小于普通混凝土,相对峰值应力、横向变形系数和弹性模量比普通混凝土高.采用过镇海提出的单轴受压本构模型拟合得到应力-应变全曲线方程,分析冻融循环对应力-应变曲线控制参数的影响,可对沙漠砂混凝土结构的抗冻性能进行分析.     

反复荷载作用下碳化混凝土应力-应变关系试验

为研究碳化对混凝土反复受压力学性能的影响,对两种强度等级混凝土棱柱体试件进行了快速碳化与反复加卸载试验.结果表明:随着混凝土碳化深度增大,试件破坏脆性越明显,混凝土初始弹性模量、割线模量以及峰值应力均有不同程度增长,而其峰值应变却明显降低,共同点轨迹线越发偏离包络线,包络线下降段明显变陡,卸载曲线越发凹曲,再加载曲线更为平缓,变形恢复滞后现象越来越明显.在试验研究基础上,提出反复荷载作用下碳化混凝土应力-应变关系数学函数模型.     

冻融环境下混凝土的断裂损伤试验研究

为研究冻融作用后混凝土的断裂性能及断裂特征,依据GBJ82-85混凝土快速冻融循环试验方法,对24组共72块混凝土试件进行冻融试验.采用四点弯曲试验法分析了300次快速冻融循环条件下水灰比、引气剂对混凝土断裂韧度,断裂能及相对动弹模损失率的影响,并进行了混凝土形貌分析.结果表明,随冻融循环次数的增加,混凝土的断裂韧度、断裂能及相对动弹模损失率呈明显下降趋势,水灰比越大、混凝土随冻融循环次数增加损伤程度越大.引气剂能够大幅度降低由于冻融循环造成的混凝土结构的损伤,断裂能损失率与相对动弹模损失率之间具有良好的线性关系.     

冻融环境下混凝土力学性能试验及损伤演化

在我国西部寒区,冻融作用往往是导致混凝土破坏的主要因素之一。通过对饱水状态下的多组混凝土试样进行冻融循环试验,并对试验后的试样进行了单轴压缩试验,从损伤和能量耗散的角度对试样进行了力学性能的分析;运用CT细观试验的方法初步对经历不同冻融循环次数下的试样进行了细观结构分析。通过试验研究,得到了饱水状态下混凝土材料的冻融破坏特征,以及不同冻融循环次数下试样质量、单轴应力-应变全过程曲线、抗压强度、能量耗散和细观结构的变化特征,系统研究了冻融循环下混凝土主要物理力学性能及损伤演化规律,为寒区重大工程冻融灾变预测提供较可靠的基础依据。     

冻融环境作用下RC剪力墙抗震性能试验

为了解冻融环境作用下RC剪力墙的抗震性能,采用人工气候实验室对6片剪跨比为2.14的RC剪力墙试件进行冻融循环模拟试验,而后对其进行拟静力加载试验,得到了不同混凝土强度等级和不同冻融循环次数下冻融试件的滞回曲线,绘制出各个试件的骨架曲线,分析了混凝土强度和冻融循环次数对冻融试件强度、刚度、延性、耗能能力等抗震性能指标的影响.结果表明:相同混凝土强度的RC剪力墙随冻融循环次数的增加,承载力、位移延性系数和塑性转角显著降低,强度衰减和刚度退化幅度增大,累积耗能不断减小,抗震性能降低;经相同次数冻融循环的RC剪力墙随混凝土强度等级的提高,承载力和累积耗能增加,强度衰减和刚度退化幅度降低,而延性则先增加后减小,说明提高混凝土强度等级可改善冻融后RC剪力墙的抗震性能.     

Constitutive Relation of Yunjialing Anthracite Under Medium Strain Rate

By means of the split Hopkinson pressure bar （SHPB） testing system, this paper presents a dynamic constitu- tive relation of anthracite at a strain rate of ε =5-85s^-1. Generally, the dynamic stress-strain curve for this kind of anthracite under uni-axial compression has the following four stages： a non-linear loading stage, a plastic yielding stage, a strain-strengthening stage and an unloading breakage stage. Correspondingly, the initial elastic modulus Eb, the yielding strength σs and the ultimate strength σb increase along with an increasing strain rate. The time-dependent elasticity was identified when we analyzed the mechanical properties of anthracite. Based on characteristics of measured dynamic stress-strain curves and an analysis of existing rock dynamic constitutive models, as well as a preparatory simulation, a new visco-elastic damage model has been introduced in this paper. A linear spring is put parallel to two Maxwell units with different relaxation times to express two distinct plastic flows. The damage D is equal to [Eb- E（εi）]/Eb, where Eb is the beginning modulus and the E（εi） is the slope of a connected line between the origin point and any other point on a tested stress-strain curve. In the new constitutive model, one Maxwell unit with low relaxation time φ is used to describe the response of anthracite to a low strain rate, while the other, with a high relaxation time φ describes the response of anthracite to a high strain rate. Simulated stress-strain curves from the new model are consistent with the measured curves.