高强混凝土层裂数值仿真

为军事防护工程的安全合理设计提供关键的材料特性参数,研究高强混凝土(HSC)在冲击作用下的动态性能响应,采用软件LS-DYNA对C80级HSC在霍普金森压杆(HPB)装置上的冲击层裂过程进行数值仿真分析。仿真表明:应力波在混凝土试块的传播过程中,波形基本保持不变,且峰值震荡不明显;随着冲击速度的增大,混凝土试块的破坏越来越严重;横截面内层裂裂缝由试块表面向内部扩展。数值仿真结果与试验结果有较好的相似性,基本能够反映出HSC试块在HPB冲击层裂试验过程中的受力与破坏特征,由试验结果修正后的HJC本构参数可为后续HSC层裂性能的进一步研究提供参考。     

激光层裂法测量复合材料界面拉伸强度研究进展

本文介绍激光层裂法检测复合材料界面拉伸强度的基本原理与实验方法 ,并从该测量方法的几个关键技术 ;应力波生成与传播的数学模型、应力波形的测量与临界值的判定 ,评述该技术及其研究进展的情况。     

激光层裂法测量复合材料的界面拉伸强度研究进展

本文介绍激光层裂法检测复合材料界面拉伸强度的基本原理与实验方法,并从该测量方法的几个关键技术,应用波生成与传播的数学模型,应用波形的测量与临界值的判定,评述该技术及其研究进展的情况。     

混凝土材料层裂强度的实验研究

利用Φ74大尺寸Hopkinson压杆和混凝土长杆试件研究了混凝土材料的层裂强度及其应变率效应.入射的压缩波通过压杆透入试件并反射成拉伸波而形成层裂.实验中采取在试件上多点贴应变片,讨论了应力波在混凝土试件中传播的波形弥散和幅值衰减,并在考虑了损伤演化影响的基础上确定了试件材料的层裂强度.对某种普通混凝土在不同应变率下的测试显示层裂强度受应变率影响明显.结果表明,本文提出了一种测定混凝土层裂强度的有效方法.     

超高韧性水泥基复合材料的层裂试验研究

层裂是材料遭受冲击、爆炸等高速荷载时的一种常见破坏方式。该文利用直径80 mm的霍普金森杆实验装置,研究了超高韧性水泥基复合材料UHTCC(Ultra High Toughness Cementitious Composites)中应力波的传播特性和材料的层裂强度。通过在试件表面粘贴5组应变片,获得了在0.2 MPa、0.3 MPa、0.4 MPa、0.5 MPa打击气压下,UHTCC中应力波的传播曲线。利用高速摄影机记录层裂试验,观测了UHTCC的层裂破坏过程。由试件表面应变片测得的应力波曲线,计算了材料中的应力波波速、动态弹性模量,分析了应力波在该材料中传播的衰减规律,并计算出不同打击气压下材料的层裂强度及应变率。试验结果显示:UHTCC的层裂过程相比混凝土具有更多的韧性特征;UHTCC中的应力波峰值在0 mm～500 mm范围内衰减迅速;在同等应变率下,UHTCC与静态抗拉强度相近的混凝土相比,层裂强度高出10 MPa左右,且UHTCC的层裂强度具有明显的应变率敏感性。     

自增强厚壁圆筒轴向内表面裂纹的应力强度因子

本文研究用有限元通用程序计算具有残余应力的自增强厚壁圆筒内半椭圆形表面裂纹的应力强度因子的方法。所考虑的应力强度因子被分为相应于工作内压及残余应力两部分，分别用三维有限元通用程序算得的裂纹前沿单元节点的垂直位移直接计算，对后者又运用了＂叠加原理＂。结果表明，残余应力的存在能有效地降低内裂纹的应力强度因子值，自增强度高者这一作用亦显著，残余应力引起的应力强度因子对裂织数目不敏感。     

锈蚀变形钢筋与混凝土粘结应力模型研究

研究了锈蚀对钢筋混凝土无箍筋试件粘结强度的影响,建立了锈蚀导致保护层胀裂前变形钢筋极限粘结应力的理论计算模型,定量地揭示了该阶段粘结强度增强的机理。通过对钢筋肋间混凝土在挤压力、摩擦力及锈胀力作用下的受力分析,从理论上推导了锈蚀钢筋混凝土发生劈裂破坏时的粘结应力计算表达式;给出了摩擦系数等未知参数的取值大小;详细阐述了表达式的求解思路。利用已发表文献的多个试验结果对理论模型进行验证,结果表明计算值与试验值吻合良好。     

自增强厚壁筒残余应力和温度应力下应力强度因子的计算

本文用权函数法计算了自增强残余应力和温度应力下厚壁筒的应力强度因子,导得了适用于各种材料、自增强度、裂纹深度、温度和尺寸的厚壁筒应力强度因子的计算公式,编制了计算程序,方便于工程应用。     

含脱层复合材料层合杆在轴向应力波作用下的动态屈曲

研究了有限长、含脱层损伤复合材料层合直杆受轴向阶跃载荷作用的弹性动力屈曲问题。将含脱层损伤复合材料层合直杆的屈曲问题归结为由轴向应力波传播导致的分叉问题，并考虑了应力波反射的影响。给出了分叉发生的临界条件。研究了脱层长度、铺层角度对动力屈曲的影响。分析结果表明脱层损伤极大的降低了复合材料直杆的极限动力承载能力。     

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。     

纤维增韧轻骨料混凝土单轴受压应力-应变全曲线试验研究

为探究纤维增韧后轻骨料混凝土应力-应变全曲线,完成了不同混凝土强度等级、纤维种类及掺量下的9组棱柱体单轴受压试验,分析了破坏过程和破坏特征,系统研究了各因素对峰值应力、峰值应变和弹性模量的影响,并结合已有研究给出了各曲线特征点计算模型,考虑纤维轻骨料混凝土自身特征,建立了分段式纤维轻骨料混凝土应力-应变全曲线模型。研究表明：轻骨料混凝土破坏特征与普通混凝土显著不同,掺入纤维有效抑制了其内部微裂缝的开展,起到阻裂、增韧的效果,且随混凝土强度等级、纤维种类及掺量变化差异明显;纤维增韧后试件的应力-应变曲线下降段坡度趋于平缓,脆性得到有效改善;建议的应力-应变全曲线模型与试验结果吻合良好,能够准确描述纤维增韧轻骨料混凝土在单轴受压作用下的受力变形特征。     

钢筋混凝土结构的应力拓扑优化方法研究

基于预测混凝土失效行为的Drucker-Prager(D-P)屈服准则,研究了进行钢筋混凝土结构配筋设计的应力拓扑优化方法。结合扩展的双材料密度惩罚模型,优化问题构造为以单元人工密度为设计变量、混凝土材料Drucker-Prager屈服函数为约束条件的钢筋用量最小化问题。为合理定义混凝土应力并防止应力奇异解现象,采用局部应力插值模型和ε-松弛方法对混凝土应力约束条件进行处理。推导约束函数的伴随法灵敏度计算公式,运用基于梯度的连续性优化算法求解优化问题。数值算例验证了所提优化模型的正确性及数值算法的有效性,并通过与传统最小柔顺性拓扑优化结果的比较,说明了该文方法能够充分利用混凝土的抗压能力和钢筋的抗拉能力,设计结果更为实用。     

碳纤维混凝土应力-应变曲线试验研究

为了进一步研究碳纤维混凝土的应力-应变曲线,在已有试验的基础上,该文对碳纤维混凝土应力-应变曲线采用分段式。通过9组不同碳纤维掺量的混凝土试件轴心压缩试验,建立不同掺量应力-应变曲线的数学表达式,确定相应的计算参数与碳纤维体积率的关系式。试验结果表明：曲线系数随着碳纤维掺量的增加而增加。根据试验研究与理论分析,建立了峰值应变与抗压强度、碳纤维掺量的计算式,将峰值应变的计算值与试验值进行了对比分析,其吻合度较好。     

纤维高强混凝土的动态力学性能试验研究

为研究纤维高强混凝土材料在冲击荷载下的动态压缩性能,采用大尺寸φ75mm Hopkinson压杆,对三种纤维含量的钢纤维高强混凝土、PVA纤维高强混凝土试件进行了三种应变率范围的冲击压缩试验,得到了它们在较高应变率范围内的动态应力-应变关系。试验表明纤维高强混凝土材料为应变率敏感性材料,在较高应变率范围内纤维高强混凝土材料的动态应力-应变关系是与应变率相关的。纤维高强混凝土材料的破坏应力和破坏应变随应变率的增大而增大。钢纤维和PVA纤维对混凝土耗能能力的改善和提高表现在材料达到峰值应力后开始破坏的过程中。同时也对两种纤维高强混凝土材料的纤维增韧特性及耗能机理也进行了分析和探讨。     

型钢高延性混凝土短柱抗震性能试验研究

提出采用高延性混凝土和核心区配置型钢提高短柱的抗震性能和变形能力,设计了2个高延性纤维混凝土（HDC）短柱和2个型钢高延性混凝土（SHDC）短柱试件,通过拟静力试验,研究其破坏形态、变形能力及耗能能力。试验结果表明：试件剪跨比减小,有利于发挥HDC良好的抗剪性能,使HDC短柱表现出良好的延性和耗能能力;核心区配置型钢,可显著提高HDC短柱的延性和耗能能力,提高构件的耐损伤能力;HDC与型钢具有良好的协调变形能力,改善了短柱的脆性剪切破坏模式,使SHDC短柱发生剪切粘结破坏时仍表现出较好的延性;SHDC短柱在不同性能水平下的变形能力明显高于HDC短柱,能满足我国规范对框架结构竖向构件的变形要求。     

钢筋混凝土的热应力分析

基于热力学和材料力学,分析了在盐冻循环、钢筋锈蚀与弯曲荷载协同作用下钢筋混凝土梁试样内部的热应力和机械应力分布及其损伤演变的规律,导出了钢筋混凝土在循环变温过程中不同方向的热应力的一般性计算公式及分布状态以及四点弯曲荷载下钢筋和混凝土各自承受的应力状态.分析结果表明温度应力沿梁试样长度方向非均匀分布,而弯曲应力与钢筋和混凝土的弹性模量之比有关.研究表明混凝土在盐冻循环、钢筋锈蚀与弯曲荷载协同作用下的损伤失效机理是温度疲劳导致的混凝土损伤以及腐蚀液渗透导致钢筋锈蚀共同作用引起的.     

活性粉末混凝土冲击压缩性能实验研究

通过对活性粉末混凝土材料进行Hopkinson压杆冲击压缩实验,得到不同钢纤维含量的活性粉末混凝土在不同应变率下的应力-应变全曲线,并给出了不同应变率下材料的动态压缩强度和动态增长因子,实验结果表明,活性粉末混凝土具有应变率敏感性,钢纤维的掺入部分提高了材料的冲击压缩性能。     

空腹式型钢混凝土异形柱中框架抗侧刚度试验研究

通过对1榀1/2。5比例两跨三层的空腹式型钢混凝土(SRC)异形柱中框架在反复荷载作用下的试验研究,分析了结构的弹塑性特征以及整体和层间抗侧刚度的退化过程。通过分析可知：空腹式SRC异形柱框架沿竖向的刚度分布较均匀;层刚度与整体刚度的退化均表现出由快到慢的规律;获得了层间位移角的变化与层刚度退化之间的关系;结构正、负向弹塑性性能接近,极限层间位移角大于规范规定的限值,抗倒塌能力强;空腹式型钢混凝土异形柱中框架的延性优于钢筋混凝土异形柱框架;结构破坏时可以形成梁铰机制,符合“强柱弱梁”的要求。