粗骨料UHPC单轴拉伸性能及损伤本构模型

通过单轴拉伸试验,研究粗骨料用量和钢纤维的掺量、类型及混杂配比对粗骨料超高性能混凝土（CA-UHPC）受拉性能的影响,揭示了CA-UHPC破坏机理以及粗骨料与钢纤维的相互作用机制. 结果表明：粗骨料引起的薄弱界面和空间阻隔作用削弱了钢纤维的增韧作用,CA-UHPC拉伸性能随粗骨料用量增大而降低,建议其用量不超过450 kg/m³;增大钢纤维掺量能改善CA-UHPC拉伸性能,且平直钢纤维的增韧作用更稳定;1.0%平直和1.0%端勾钢纤维混杂时,其与粗骨料匹配良好,钢纤维有效利用率达到25.4%,能够充分发挥混杂纤维的协同增韧作用. 最后建立了考虑粗骨料和钢纤维影响的CA-UHPC受拉损伤本构模型.     

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.     

基于细观本构模型的UHPC梁受弯全过程分析

为预测超高性能混凝土(UHPC)残余抗拉强度,通过细观力学分析,研究了纤维对UHPC残余抗拉强度贡献机理,提出了考虑纤维埋深、分布和取向的UHPC细观本构模型。基于UHPC细观本构、受力平衡方程和变形协调条件,建立了UHPC梁受弯分析模型和受弯承载力理论计算方法。经与8个UHPC梁试件受弯试验结果对比发现,文中提出的模型可以较好地预测UHPC梁受弯全过程响应和受弯承载力。基于基准试验梁的不同作用机制受弯贡献比例分析发现,纵筋配筋率从0增至2. 5%时,受拉区混凝土对受弯承载力贡献从89. 6%降至2. 4%;纤维率从0增至3%时,受拉区混凝土对受弯承载力贡献从0增至22. 1%。计算结果表明,对于低配筋UHPC结构,混凝土抗拉贡献应予以考虑。     

钢管混凝土轴心受拉本构关系

本文利用变形协调条件,分析了钢管混凝土轴心受拉时的受力性能。由于核心混凝士对钢管径向收缩的限制,使钢管的比例极限和屈服点提高。在常用钢管混凝土范围内,屈服点提高约10%。     

OpenSees混凝土单轴本构关系二次开发

由于其强大的非线性分析功能,OpenSees越来越广泛地被应用于结构的非线性分析当中。混凝土本构模型是钢筋混凝土结构非线性分析的基础。详细介绍了在OpenSees中添加新单轴材料本构的基本原理。Mander模型是应用最为广泛的箍筋约束混凝土本构模型之一,但OpenSees中尚未集成Mander模型。以Mander模型为例,介绍了箍筋约束混凝土单轴滞回本构关系的开发过程,并成功地将其集成到OpenSees中。最后用三个算例验证了新添加本构关系的实用性。     

混凝土损伤本构模型

结合国内外资料,列举了几种具有代表性的混凝土损伤本构模型,详细介绍了各种模型的优缺点,并提出了今后的研究任务和目标。     

混凝土多轴弹塑性损伤本构模型

建立了混凝土的多轴弹塑性损伤本构模型.考虑到混凝土在受拉和受压荷载作用下的不同破坏机理,将应力张量分解成受拉和受压两部分,定义了塑性屈服函数,从而达到考虑混凝土塑性变形的目的.在连续损伤力学理论的框架内定义了相应的损伤变量,并分别给出了损伤准则,以描述材料的不同损伤过程.对混凝土的单/双轴受拉和单/双轴受压四种加载情形进行了数值计算,并与相关的试验对比,结果验证了模型的正确性及有效性.     

用人工神经网络建立混凝土本构模型

分析了混凝土本构关系的复杂性，介绍了运用神经网络建立混凝土本构模型的基本方法，探讨了人工神经网络技术中存在的问题，从而促进人们准确全面地分析需要设计的结构。     

微矿粉高性能混凝土的轴拉应力-应变关系

微矿粉是一种高火山灰活性的微粉 ,由水淬高炉矿渣经磨细而得 ,其在混凝土中的作用原理与硅粉及其他火山灰相似 ,主要是微矿粉的填充效应、对硅酸盐水泥的加速水化作用及与Ｃａ（ＯＨ）２ 的火山灰反应 ,即活性ＳｉＯ２ 和Ａｌ２Ｏ３ 与Ｃａ（ＯＨ）２ 水化生成ＣＳＨ凝胶和水化铝酸钙（Ｃ４ＡＨ１３ ·Ｃ３ＡＨ６）、水化硫铝酸钙（Ｃ２ＡＳ Ｈ８）［１、２］。大量研究结果表明 ,微矿粉能显著改善混凝土的和易性 ,提高混凝土的保水性［３］,提高混凝土的强度 ,尤其是长期强度 ,并通过绝热温升试验证明能大大降低混凝土的水化热 ,减小温差…     

钢纤维混凝土的弯拉强度模型

利用已有试验数据,得到钢纤维混凝土弯拉强度与抗拉强度的相互关系,再参考单向短纤维复合材料强度模型,得到钢纤维混凝土弯拉强度的理论公式,经验证,理论结果与试验数据吻合较好.     

超高性能混凝土研究综述

超高性能混凝土(UHPC)是一种纤维增强水泥基复合材料,具有超高的力学性能和耐久性能。综述UHPC的制备技术、生产工艺、材料性能及工程应用概况等。结果表明:目前UHPC作为一种新材料仍然处于探索研究阶段,由于它具有诸多的优异性能,未来必将在建筑工程领域得到广泛的推广应用。     

混凝土弹塑性耦合疲劳本构模型

考虑到混凝土具有弹塑性耦合的性质，本文运用弹塑性理论在应变空间建立了一个能描述混凝土和刚度变化的塑性面，通过改变屈服阈值来分析混凝土在疲劳加载下的本构特征。计算结果表明，该模型能较好的描述混凝土在单轴及多轴单调加载和疲劳加载下的性质。     

超高性能混凝土牛腿受剪性能试验与承载力模型研究

通过对12个超高性能混凝土(UHPC)牛腿的静力加载试验,研究了剪跨比、钢纤维体积率以及箍筋配筋率等主要变化参数对牛腿受剪性能的影响。结果表明：相比于高性能混凝土中未加入钢纤维的牛腿,UHPC牛腿的开裂荷载显著提高,同时破坏模式也从剪切破坏转变为弯曲破坏;通过减小剪跨比和增加箍筋配筋率可以提高牛腿受剪承载力。收集了UHPC牛腿试验数据,对GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》和JGJ/T 465—2019《钢纤维混凝土结构设计标准》和理论模型中牛腿受剪承载力计算公式的适用性进行评估,发现已有的计算模型偏于保守,导致对UHPC牛腿的承载力的预测结果偏低。在此基础上,提出了一种适用于UHPC牛腿受剪承载力的改进拉压杆模型,该模型计算结果与收集的试验结果比值的平均值为1.15,变异系数为0.07。改进模型的准确性和离散性优于已有的计算模型,可供UHPC牛腿设计参考。     

基于能量的混凝土单轴受压塑性损伤本构模型

基于不可逆热力学理论及连续介质损伤力学理论,考虑材料的塑性变形与损伤变量之间的耦合关系,认为混凝土材料的塑性Helmholtz自由能与弹性Helmholtz自由能间存在某种内变量函数关系,以此重新定义损伤能量释放率的表达式,并给出内变量函数的具体表达式。参考Weibull分布曲线的形状,建立了损伤能量释放率与损伤变量的关系,推导单轴受压混凝土的损伤演化方程。根据混凝土材料单轴受压下的塑性特征,给出材料塑性变形关系的经验公式,从而建立完整的单轴受压混凝土的塑性损伤本构模型。通过与混凝土的单轴受压试验结果进行对比分析,验证所建模型的有效性,结果表明所建模型能较真实地反映混凝土的非线性行为和损伤演化过程。     

不同养护条件和钢纤维掺量对超高性能混凝土收缩性能的改善

为改善超高性能混凝土（ultra-high performance concrete,简称UHPC）的收缩性能,研究了钢纤维掺量为1.5%、2.0%、2.5%的UHPC在自然养护、标准养护、热水养护3种养护条件下的收缩性能变化,通过X射线衍射（X-ray diffraction,简称XRD）和扫描电镜（scanning electron microscopy,简称SEM）分析,进一步分析了影响其收缩性能变化的微观因素。结果表明：标准养护和热水养护条件下对UHPC的收缩抑制作用比较显著,随着钢纤维掺量的提高,UHPC的收缩性能会降低,钢纤维掺量为2.5%时UHPC的收缩性能仍满足要求,且在热水养护中混凝土的收缩率最小;此外,加入矿物掺合料可以促进水泥二次水化,形成致密的微观结构,使钢纤维与基体黏结更紧密。     

超高性能纤维增强混凝土板的受弯性能试验研究

为研究超高性能纤维增强混凝土(ultra high performance fiber-reinforced concrete, UHPFRC)板的受弯性能,进行了10块UHPFRC板的弯曲试验,研究了板的破坏形态、破坏过程、开裂弯矩、极限弯矩以及混凝土和钢筋的应变。在试验结果基础上,建立了考虑受拉区混凝土抗拉强度和应变硬化效应的UHPFRC板受弯承载力计算式。研究结果表明：UHPFRC板的弯曲破坏形态表现为一条主裂缝并伴有多条微裂缝出现,其破坏过程可分为线性变形、微裂缝发展、主裂缝发展和承载力下降四个阶段;UHPFRC板首次出现裂缝时的弯矩为极限弯矩的50%~55%;在设计板时应以变形作为控制指标,且可以少配或不配钢筋以发挥UHPFRC的材料优势;UHPFRC板在受力过程中表现出显著的应变硬化特性。给出了UHPFRC板的弯曲承载力计算式,可以反映受拉区UHPFRC的应变硬化特性。     

钢管-纤维增强复合材料管-混凝土组合柱的轴压性能和本构关系模型

进行了9根钢管-纤维增强复合材料（FRP）管-混凝土组合柱、1根钢管混凝土柱以及9根FRP管约束混凝土柱对比试件的轴压试验。研究表明,组合柱的极限承载力均高于钢管混凝土柱,且随FRP内管径厚比d/t₂减小或钢管与FRP内管直径比D/d减小,组合柱的极限承载力增大。随d/t₂减小,组合柱FRP内管的环、纵向峰值应变增大。随D/d的增大,组合柱FRP内管环向峰值应变增大,而D/d对其纵向峰值应变影响不大。同时,组合柱FRP内管极限环向应变均低于相应的FRP管约束混凝土柱,其极限纵向应变均高于相应的FRP管约束混凝土柱。基于上述试验研究,首次指出现有的FRP约束混凝土的本构模型中的环向-纵向应变关系不适用于钢管-FRP管-混凝土组合柱,进而提出了适合该组合柱本构关系的全新模型。     

用于ABAQUS梁单元的混凝土单轴本构模型

为准确模拟钢筋混凝土梁柱构件的滞回性能,对《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）附录C混凝土本构模型进行了补充修正。采用原点指向模型与拉区应力 应变曲线随受压残余应变点迁移法,补充完善了混凝土受拉加卸载、拉压受力状态转换的滞回规则;采用基于体积配箍率建立的约束指标λ_t分析了钢筋混凝土梁柱构件中箍筋对混凝土的约束作用;对《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）混凝土本构模型中的附加应变算法进行了修正,使得受压混凝土卸载/再加载变形模量能够反映循环加载下混凝土的受压损伤不可恢复特性。利用ABAQUS用户子程序接口UMAT,VUMAT进行二次开发,编写了适用于显、隐式动力分析的梁单元混凝土本构模型子程序,并对往复荷载下钢筋混凝土柱受力性能进行了模拟分析。结果表明:模型的数值模拟结果与拟静力试验结果吻合良好;构建的混凝土本构模型能够用于混凝土梁柱构件在复杂受力状态下的非线性性能分析。