三轴受压状态混凝土当量损伤本构模型

本文根据Ｈ－Ｔ－Ｃｈｅｎ的多轴受压状态下的破坏准则,引用了混凝土损伤力学的概念,提出了在多轴受压状态下的当量损伤模型。可以模拟混凝土在多轴受压状态下的应力应变关系,得到等效单轴受压的应力应变全过程曲线,并且可求得在不同侧压力情况下混凝土的极限抗压强度。本模型不仅可模拟混凝土多轴受力的应力应变过程,并为拱坝非线性全过程分析了依据。     

硫酸盐与冻融环境下混凝土本构关系研究

为了研究硫酸盐与冻融环境下混凝土单轴受压应力—应变关系,对水中和质量分数为5%硫酸钠、5%硫酸镁溶液中冻融作用下的混凝土进行单轴受压试验,分析了硫酸盐溶液与冻融循环对混凝土峰值应力、峰值应变、弹性模量及单轴受压应力—应变全曲线的影响,并对损伤层混凝土的力学性能进行分析。结果表明：混凝土应力—应变曲线随冻融时间增加逐渐趋扁平,整体右移,硫酸盐溶液中冻融300次后的混凝土应力—应变曲线上升段轻微上扬,并出现下凹现象。随着冻融次数增加,混凝土峰值应力、弹性模量不断下降,峰值应变逐渐增加,硫酸镁溶液中混凝土表现更明显,混凝土抗冻性最差。通过回归分析,建立了硫酸盐与冻融循环作用下混凝土单轴受压应力—应变全曲线方程,并得到了不同冻融次数下损伤层混凝土峰值应力的确定方法。     

双轴受压状态下混凝土动态抗压特性试验研究

由于多轴试验装置的高技术性,混凝土在复杂应力状态下的动力研究相对偏少。为研究双轴受压状态下混凝土的动态抗压特性,采用真三轴静动综合加载试验系统,进行了5种双轴受压状态下混凝土立方体试件的冲击压缩试验,分别从应力-应变曲线特征、强度特性和变形特性等方面分析双轴受压状态对混凝土动力响应的影响规律。结果表明：双轴受压状态下,混凝土承受冲击荷载时呈现典型的脆性破坏,应力-应变曲线初期无明显压实挤密阶段;主轴压比一定时,随单侧压比的增大,混凝土的动态抗压强度呈现出先升高后降低的趋势,峰值应变和平均应变率皆呈现出先减小后增大的趋势;双轴受压对混凝土有加固约束作用,因而提高了其动态抗压强度和抗变形能力,主轴压比：单侧压比为0.4：0.4时作用效果最佳。     

矩形钢套筒约束混凝土轴心受压应力应变关系

进行了6个矩形钢套筒约束混凝土试件的轴心受压试验,试验结果表明：矩形钢套筒能够对其内部混凝土形成有效约束,显著提高混凝土受压峰值应力,使约束混凝土受压应力应变曲线的下降段更加平缓,有效改善混凝土的极限变形能力。在试验的基础上,通过对试验中钢套筒的应变和钢套筒内混凝土的受力状态进行分析,给出了矩形钢套筒对混凝土横向有效约束力的计算方法,借用Mander模型,进一步提出了受约束混凝土单轴受压应力应变计算模型。将计算模型与试验的钢套筒约束混凝土应力应变曲线进行对比,二者吻合良好。     

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.     

LC40全轻页岩陶粒钢纤维混凝土三轴受压试验研究

利用大连理工大学的大型静、动真三轴试验机,对强度等级为LC40的全轻页岩陶粒混凝土和掺入钢纤维的钢纤维页岩陶粒混凝土进行了等比例三轴受压试验.试验中,观察了试件的破坏形态,测得了试件的三轴受压极限强度、塑性应变、峰值应变、总应变以及应力-应变曲线.结果表明,全轻页岩陶粒混凝土以及掺入钢纤维以后的钢纤维陶粒混凝土在三轴受压状态下,强度和变形较单轴受压有显著增大,并伴随有明显的平台流塑现象.因此,在工程设计中将应力平台流塑段强度及其对应的塑性应变作为轻骨料混凝土的设计强度和设计应变.最后,基于八面体应力空间建立了其相应的破坏准则,拉、压子午线与静水压力轴在高压应力区有交叉点,其破坏曲面是闭口的、子午线光滑、外凸的曲线,且钢纤维页岩陶粒混凝土的破坏包络面被相应的不掺钢纤维的页岩陶粒混凝土所包围.     

硫酸盐侵蚀与干湿循环下混凝土本构关系研究

为了研究硫酸盐环境下混凝土单轴受压应力-应变关系,对质量分数为10%的Na_2SO_4,10%的MgSO_4溶液中干湿循环作用下的混凝土进行单轴受压试验,分析了硫酸盐溶液种类对混凝土峰值应力、峰值应变、弹性模量及应力-应变全曲线的影响,并对损伤层混凝土的力学性能进行分析.结果表明:混凝土应力-应变曲线随侵蚀时间增加呈现扁平,整体右移,硫酸镁溶液中侵蚀300d后损伤层应力-应变曲线上升段轻微上扬,并出现下凹现象.峰值应力在侵蚀前期下降缓慢,在侵蚀240d后快速下降;弹性模量呈现先增大,后降低趋势;峰值应变在侵蚀240d后快速增加,硫酸镁溶液中峰值应变增长较快.通过回归分析,建立了硫酸盐侵蚀与干湿循环作用下混凝土单轴受压应力-应变全曲线方程,并得到了损伤层混凝土应力-应变方程的确定方法.     

高温后普通混凝土材料复杂力学特性

目的 对高温后混凝土三轴受压强度及应变进行分析,解决高温混凝土结构设计以及火灾后结构评价和加固问题.方法 通过对普通混凝土高温100 ～650℃后三轴压试验,研究不同应力比和温度条件下混凝土的抗压强度及所对应的峰值应变,并与混凝土单轴试验的力学性能进行对比分析.结果高温后混凝土三轴受压强度及应变峰值均比同温度下的单轴试验结果有显著增加.混凝土极限抗压强度随着温度的增高逐渐降低.最大抗压强度发生在σ2/σ3=0.5左右.在σ1/σ3不大时,中间主应力σ2对极限抗压强度的影响不能忽略.结论 应力比和温度对混凝土强度存在很大影响,在八面体应力空间建立了混凝土高温后三轴压强度准则,可以为复杂应力状态下高温后混凝土的力学分析提供试验和理论基础.     

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。     

梯度纳米结构IF钢的协同强化本构模型

提出了一种基于显微硬度建立梯度纳米结构IF钢的本构模型的新方法,并通过单轴拉伸过程的有限元模拟研究了应力状态演化。首先将梯度纳米结构层划分为12个等厚度薄层,假设各薄层与芯部粗晶的力学性能可用Hollomon硬化准则和GTN损伤模型表征,通过基于实验的反演算法识别出模型中的材料参数,从而建立了表征梯度纳米结构IF钢的协同强化效应和损伤演化的本构模型。通过模拟梯度纳米结构IF钢的单向拉伸过程,获得了材料在拉伸过程中依次经历的3种应力状态,即纯弹性变形时的单轴拉伸应力状态、表层受压芯部受拉的多轴应力状态和表层受拉芯部受压的多轴应力状态。基于有限元模拟得到的轴向应力—轴向应变曲线,准确预测了不同梯度层占比时的临界失稳应变。     

再生混凝土单轴力学性能指标统一计算方法

对大量再生混凝土单轴力学性能试验资料进行整理分析,基于统计分析方法,在借鉴普通混凝土力学模型的基础上,对不同取代率下再生混凝土的各种力学性能指标进行统一分析,提出了适用于不同取代率下再生混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、轴心受压峰值应变和轴心受拉峰值应变的统一计算公式,建立了再生混凝土单轴受压、受拉的应力‐应变全曲线表达式,并将公式计算结果与试验结果进行对比。结果表明：计算结果与试验结果吻合较好;提出的再生混凝土单轴力学性能指标统一计算公式精度较高。     

双向等比例加载下的混凝土动态抗压性能

为了研究混凝土试件在多轴受力、不同应力途径下的动态力学性能,采用大型静动态电液伺服试验系统,对混凝土试件进行双轴应力状态下等比例加载的动态抗压试验.双轴加载比例为1∶0、1∶05、1∶1,应变速率分别为10^-5/s、10^-4/s、10^-3/s、10^-2/s 4个量级.通过试验,研究了在不同应变速率、不同应力比情况下,混凝土抗压强度、弹性模量、峰值应变、应力应变曲线的性能.试验结果表明,随着应变速率的提高,各种应力比下混凝土的抗压强度、弹性模量均有提高.在相同应变速率下,与单轴动态受压相比,1∶0.5的应力比其抗压强度提高幅度大.     

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.     

高延性混凝土单轴受压本构模型研究

通过9组不同配合比高延性混凝土(high ductile concrete,HDC)试件的单轴受压试验,研究了纤维的横向约束作用对HDC试件单轴受压破坏形态的影响,分析了纤维掺量、粉煤灰掺量、水胶比和砂胶比对HDC单轴受压应力-应变曲线特征点的影响.根据HDC单轴受压应力-应变曲线的形状和特点,采用三种模型,建立了HDC的单轴受压本构模型方程;依据最小二乘法,对HDC单轴受压本构模型进行参数分析发现,采用模型2和模型3得到的拟合曲线与试验曲线吻合较好,其中模型2最接近于试验曲线.     

高性能再生骨料混凝土试验研究

目的采用再生骨料配制高性能再生骨料混凝土,研究其单轴受压应力-应变行为,为再生骨料混凝土结构的数值分析提供理论基础.方法通过改变再生骨料的取代量,研究再生骨料对高性能再生骨料混凝土的强度、渗透性、抗冻耐久性及单轴受压应力-应变行为的影响.结果试验配制的高性能再生骨料混凝土28 d抗压强度超过70 MPa,抗冻等级达F300,得出单轴受压应力-应变曲线,并对其进行数值模拟,两者吻合较好.结论采用再生骨料能够配制出高性能再生骨料混凝土,其单轴受压应力-应变曲线与普通混凝土具有相似的规律,随着再生骨料取代量的增加,高性能再生骨料混凝土延展性得到提高,且数值拟合单轴受压应力-应变曲线相关性高,可用于分析混凝土的本构关系.     

高强混凝土框架节点单向荷载的有限元分析

论述了单调荷载下高强钢筋混凝土框架节点的非线性受力性能。高强混凝土选用基于等效单轴应变的增量式正交异性混凝土模型，及高强混凝土单轴受力下的应力-应变关系．钢筋应力-应变关系采用了弹塑性模型，高强混凝土和钢筋之间采用双垂直弹簧模型，编制了二维非线性有限元分析程序，并用此程序计算了在单调荷载下的这4个高强混凝土框架节点试件屈服荷载、极限荷载并绘出骨架曲线，计算结果与试验结果吻合较好。     

再生混凝土力学性能试验

为在土木工程实践中进一步推广应用再生混凝土,进行再生混凝土单轴受压条件下力学性能试验研究.探讨水灰比、再生骨料类型、再生细骨料取代率以及基体混凝土强度等因素对再生混凝土受压力学性能的影响规律,获得再生混凝土应力-应变全曲线,分析峰值应力、峰值应变、横向变形系数以及弹性模量的变化规律,建立再生混凝土应力-应变全曲线方程.通过再生混凝土界面显微结构的分析,提出添加矿物掺合料可改善再生混凝土强度和耐久性的建议.     

混凝土管片极限承载力计算模型及其模拟分析

为了解决混凝土管片极限承载能力分析问题,提出了4种弯矩和轴力组合作用下混凝土管片计算模型.基于钢筋的弹塑性本构模型和梁截面应变相似准则,推导了混凝土管片极限承载能力的解析表达式.以北京地铁四号线盾构区间为例,研究了轴力对混凝土管片极限承载能力的影响.计算结果表明,混凝土受压区高度、受压区钢筋应力和混凝土管片极限承载能力都随着轴力的增加而增加.混凝土管片极限承载力与轴力近似为线性关系.采用有限元方法模拟了混凝土的承载力特性.研究表明,解析模型计算结果与有限元模拟值基本一致,验证了提出的解析计算模型的准确性.     

多轴应力状态下混凝土的动态强度准则

为了解复杂应力状态下混凝土动态强度变化规律,提出了一个考虑应变率效应的八面体应力空间的多轴静动破坏准则．该准则的空间破坏包络曲面采用二次函数形式,在偏平面上的破坏包络线采用Willam-Warnke 模型在偏平面上的椭圆曲线,使用特征应力点法对拉压子午线方程进行修正以考虑偏平面上罗德角对动态强度的影响．通过对大量混凝土多轴静动强度试验成果的分析,表明此强度准则与已有的试验结果吻合较好,能很好地反映平面应力或三轴应力状态下普通混凝土的静动强度变化规律,并且形式简单,便于实际应用．     

一字型钢管束混凝土剪力墙轴压力学性能有限元分析

为研究一字型钢管束混凝土剪力墙的轴压力学性能,采用有限元分析软件建立了９个一字形钢管束混凝土剪力墙模型,研究了钢管束管壁厚度分别为３、６和９ｍｍ时,Ｃ３０、Ｃ４０和Ｃ５０混凝土对此类剪力墙轴压性能的影响,得到了剪力墙的破坏模式、荷载位移曲线及控制点的应力应变关系。结果表明：钢管约束作用下,核心混凝土处于三向受压状态,混凝土的抗压强度明显提高;混凝土强度等级相同时,增加钢管束管壁的厚度,剪力墙轴向受压承载力的提升幅度呈先增加后减小的趋势;剪力墙混凝土强度等级为Ｃ３０、Ｃ４０和Ｃ５０时,钢管束管壁厚度从３ｍｍ到６ｍｍ,其轴向受压承载力增加最为明显;９个模型的核心混凝土紧箍系数均≥１,混凝土呈现出明显的塑性材料性能。