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.     

钢管混凝土中混凝土的三向本构关系

钢管混凝土是在钢管内填充混凝土组成的一种组合材料,参照Ｍ．Ｄ．Ｋｏｔｓｏｖｏｓ和Ｊ．Ｂ．Ｎｅｗｍａｎ提出的混凝土三向本构关系和钢管混凝土中混凝土的单向本构关系模型。推导出一种适合于钢管混凝土三维双重非线性分析的混凝土三向本构关系,并通过编制的限元程序计算算例,验证了所推导的钢管混凝土中混凝土的三向本构关系的正确性。     

改进的混凝土弹塑性损伤本构

针对现有的混凝土弹塑性损伤本构模型的缺陷,利用能够反映混凝土拉压方向不同强度特性的Hsieh-Ting-Chen四参数屈服函数,基于热力学耗散原理提出了一种新的混凝土弹塑性损伤本构模型,并且进行单轴拉伸和单轴压缩下,应力-应变关系的数值试验。和其它混凝土弹塑性损伤本构模型相比,提出的弹塑性损伤本构模型有其优点:只有一个未知参数,其余的参数都和Hsieh-Ting-Chen混凝土四参数屈服函数的参数相同,易于确定未知参数;并且拉压损伤演化定律采用相同的计算公式,能够较好地反映混凝土在复杂应力状态下的拉压不同的损伤特性及应力-应变曲线。     

基于统计断裂理论的混凝土本构关系的研究

以圆盘裂纹模型模拟混凝土内部的缺陷，基于统计断裂理论推导出了多轴应力下混凝土的损伤统计模型，并根据应变等价假说，建立了包含损伤的混凝土的基本本构关系。研究结果表明：混凝土中裂纹面之间的摩擦系数不同，混凝土的应力一应变曲线就不同，摩擦系数越大，混凝土的强度就越高；围压越大，混凝土的强度就越大。随着应力、应变的增大，损伤也随之增大，应力一应变关系也由线性变化为非线性；当混凝土的其他材性参数相同时，Weibull模量m越大，混凝土的强度就越小。这些均与当前研究成果相吻合。     

一种考虑损伤的胶凝原油启动初始应力-应变模型

引入损伤变量（因子）,结合胶凝原油恒剪切速率启动过程的应力－应变特性,建立了考虑损伤的力学本构模型,经实验验证,新本构方程可很好地描述胶凝原油启动初始破坏过程的应力－应变关系。利用获得的本构方程参数,作出了相应条件下的损伤演化曲线,与应力－应变曲线结合分析发现,启动温度对胶凝原油结构损伤破坏过程影响最小,其不同条件下的损伤演化曲线基本重合;而启动剪切速率和静态降温幅度对损伤演化过程的影响相对较大,且随其值的增大,损伤演化过程表现出加速特性。     

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.     

基于热力学原理的混凝土热-力耦合本构模型

为了解决高温条件下混凝土材料力学性质描述的问题,基于热力学理论,将损伤理论与经典弹塑性理论结合,建立了一个考虑温度影响的混凝土热-力耦合本构模型,用于描述高温条件下混凝土材料的力学性质。基于热力学原理推导了考虑温度影响的弹性应变增量的表达式,并基于经典塑性理论,构造了一个考虑温度影响的硬化参数,推导出相应的塑性应变增量表达式,将上述2部分应变增量叠加得到混凝土热-力耦合本构模型的表达式。将模型预测结果与试验结果进行对比,符合良好,表明上述热-力耦合本构模型能够对高温条件下混凝土材料的力学性质进行较为准确的描述与预测。     

基于G-L理论的混凝土损伤相变协同分析

基于Ginzburg-Landau相变理论,在连续介质力学与唯象理论的框架内,利用协同学系统相变类比的思想,提出了一种新的研究混凝土损伤相变的思路,即将超导相变的Ginzburg-Landau理论类比到混凝土损伤相变过程中来,并且取得了良好的研究成果.首先推导出了混凝土损伤相变的本构模型表达式,并计算出了损伤模型的线性解和非线性解及其相关函数,然后用大型数值模拟软件RFPA进行模拟验算,验证了该研究成果的正确性.     

钢管超高强混凝土的强度及本构关系预测

为安全有效的应用超高强混凝土，通过加载测荷载一应变关系的方法，对钢管超高强混凝土的力学性能进行了研究。研究结果证明，超高强混凝土经钢管约束后，塑性得到很大的改善，改善的幅度随套箍指标中的增加而增加，为彻底改善超高强混凝土的塑性，套箍指标中应≥0．48。推导出钢管高强超高强混凝土强度的计算公式和预测其本构关系的数学模型，结果证明强度计算值和本构关系预测结果与实测值吻合良好。     

混凝土本构理论研究进展与评述

由于混凝土材料的复杂性，使其本构理论的研究非常困难，国内外许多学者依据多种力学理论建立了各种各样的本构关系，本文对已有的混凝土本构模型进行了回顾与简单评述。     

再生混凝土轴心受拉性能试验与格构数值模拟

通过轴心受拉试验获取再生混凝土各相材料(老硬化砂浆、新硬化砂浆、界面过渡区)的力学参数,并研究再生混凝土在轴心受拉状态下的破坏机理.基于固体力学相关知识,结合再生混凝土各相材料的力学性能,建立一种再生混凝土细观格构模型.根据试验获得的再生混凝土各相材料力学参数,通过格构模型对再生混凝土进行轴心受拉模拟分析,获取再生混凝土轴心受拉应力-应变曲线,并探讨再生混凝土的内部破坏过程和轴心受拉破坏机理.结果表明,再生混凝土的受拉断裂部位主要集中在新或老硬化砂浆处,针对再生混凝土受拉力学性能,格构模型的模拟分析与轴心受拉试验结果基本吻合.     

Relation of Damage Variable and Gas Permeability Coefficient of Concrete under Stress

Compressive stress and tensile stress were applied to concrete specimens using test rigs designed by RILEM TC 246-TDC. Ultrasonic wave velocity and autoclam permeability system were used to characterize the damage variable and gas permeability coefficient of concrete, respectively. The experimental results show that the strain value of concrete increases with the increasing of stress level and loading time. The damage variable and gas permeability coefficient of concrete under compressive stress decrease at first and increase after a threshold value between 0 and 0.6. When the concrete is under tensile load, the damage variable and gas permeability coefficient increase with tensile stress, with a significant increase from 0.3 to 0.6 tensile stress. There is a strong linear relationship between the damage variable and the gas permeability coefficient, suggesting both as good indicators to characterize the damage of concrete under stress.     

Statistical damage constitutive model for concrete materials under uniaxial compression

According to the damage mechanism of concrete material during the uniaxial compressive failure process,this paper further establishes the statistical damage constitutive model of concrete subjected to uniaxial compressive stress based on the statistical damage model under uniaxial tension. The damage evolution law in the direction subjected to pressure is confirmed by the tensile damage evolution process of lateral deformation due to the Poisson effect,and then the compressive stress-strain relationship is defined. The peak nominal stress state and the critical state occurring in the macro longitudinal distributed splitting cracks are distinguished. The whole loading process can be divided into the even damage phase and the local breakage phase. The concrete specimen is divided into the failure process zone and the resting unloading zone. The size effects during the local breakage phase under the uniaxial monotonic compressive process and the hysteretic phenomenon under the cyclic compressive loading process are analyzed. Finally,the comparison between theoretical results and experimental results preliminarily verifies the rationality and feasibility of understanding the failure mechanism of concrete through the statistical damage constitutional law.     

单晶体微观层次变形率相关性的分析

在分析金属晶体材料的微观层次的应力－应变关系时，将滑移引入到本构关系中，考虑了变形的率相关性，引入了新的硬化规律和硬化函数，采用三维模型进行了有限元分析，使计算结果与实验结果更加接近，并且计算了率相关系数的变化对不同取向的单晶体的应力－应变关系的影响。     

混凝土双轴拉-压随机本构方程分析

在混凝土受拉、压随机损伤本构关系研究基础上,研究了混凝土在双轴拉-压作用下随机损伤本构关系;通过考虑混凝土内部各组项的影响,考虑由侧向均布压应力所引起的横向Poission自由应变和剪切应变,建立起双轴拉-压损伤机理模型;根据混凝土破坏过程的能量守恒原理,导出了混凝土受双轴拉压破坏的随机损伤本构方程．     

混凝土劈拉过程中的阻抗参数变化规律初步研究

针对混凝土裂缝损伤演化及其检测,提出了一种基于交流阻抗谱法、根据材料阻抗特性参数进行裂缝检测或损伤评估的新思路。采用钢筋作为电极,以混凝土的阻抗幅模量（ 值）和相角值（ 值）作为材料阻抗特性参数,利用MT4090LCR测量仪量测了混凝土试件在劈裂抗拉过程中阻抗特性参数变化规律。根据量测结果分析混凝土损伤演化发展过程与阻抗特性参数之间的变化规律。试验结果表明,在混凝土劈拉破坏过程中的微裂缝缓慢扩展、劈裂裂缝快速发展、劈裂裂缝不断扩展等三个主要阶段,裂缝发展演化特点有显著的差异,每个阶段测得的 值、 值变化情况与其对应的裂缝演化特征呈现出稳定的相关性;混凝土 值、 值随着损伤程度的增大而增大,且两者增大速率一致;混凝土初始 值、 值与强度之间存在一定线性相关关系。因此,混凝土 值、 值等电化学参数可以用于检测混凝土裂缝演化和评估其内部损伤程度。     

基于率性损伤模型的混凝土重力坝地震响应分析

为研究混凝土材料动态力学特性与应变率的关系,引入损伤张量随应变率的变化建立了应变率相关的砼非线性损伤模型,并对一混凝土重力坝的地震响应进行了分析．结果表明,在地震过程中的混凝土应变率变化使得结构各处的强度和刚度提高的程度不同,对结构控制部位的响应和安全性评价有重要影响．     

基于性能演变理论的混凝土细观损伤特性研究

为研究混凝土性能演变过程中的损伤特性,借助细观力学随机骨料模型,将化学-热-力耦合的性能演变模型引入混凝土损伤特性研究中,直观反映早龄期混凝土的材料性能和损伤参数随其内部水化反应的演变过程.结合连接宏-细观热力学特性的均匀化方法,对硬化过程中混凝土三相介质的材料参数进行率定,并且在细观层次上实现早龄期混凝土单轴拉伸试验的数值模拟.结果表明,水化度的空间分布差异性对早龄期混凝土力学参数的取值存在显著影响;采用的水化度损伤模型能够直观反映早龄期混凝土试件在单轴拉伸试验中裂缝萌生、扩展直至贯通的全过程,可以为早龄期混凝土结构的拉伸损伤断裂过程分析提供有力的数值工具.     

干湿交替环境下混凝土受硫酸盐侵蚀劣化机理

通过试验模拟干湿循环作用下混凝土受不同质量分数硫酸钠的侵蚀特点,从不同侵蚀时间后混凝土的表观特征、质量经时变化规律、混凝土中硫酸根离子分布、侵蚀深度、混凝土轴心抗压强度、劈裂抗拉强度经时退化规律、变形经时变化规律等方面全面衡量混凝土的硫酸盐侵蚀损伤特征;讨论硫酸盐溶液质量分数、侵蚀龄期对混凝土损伤累积规律的影响;根据SEM图像分析受蚀混凝土的微观结构特征,揭示了干湿循环和硫酸盐侵蚀共同作用下,不同侵蚀时期后混凝土损伤的演变机理.试验结果表明,在干湿循环作用下硫酸钠对混凝土的侵蚀损伤是侵蚀产物与硫酸盐结晶膨胀共同作用的结果;在侵蚀初期由于晶体的填充密实作用,使得受蚀混凝土的质量、强度与延性增大;随着侵蚀时间的延长,混凝土不仅受到钙矾石、石膏等侵蚀产物的膨胀损伤作用,而且叠加了干湿循环过程中Na2SO4·10H2O的结晶膨胀作用,使得混凝土损伤反复进行并不断累积,加速了混凝土的受蚀劣化速度,质量、强度逐渐降低,脆性变大;由于拉应力的叠加效应,混凝土劈裂抗拉强度对硫酸盐侵蚀损伤更敏感.     

Theoretical analysis on bending behavior of functionally graded composite beam crack-controlled by ultrahigh toughness cementitious composites

Ultrahigh toughness cementitious composites (UHTCC) obviously show strain hardening property under tensile or bending loading. The failure pattern of the UHTCC components exhibits multiple fine cracks under uniaxial tensile loading with prominent tensile strain capacity in excess of 3%, with merely 60 μm average crack width even corresponding to the ultimate tensile strain state. The approach adopted is based on the concept of functionally-graded concrete, where part of the concrete, which surrounds the main longitudinal reinforcement in a RC (reinforced concrete) member, is strategically replaced with UHTCC with excellent crack-controlling ability. Investigations on bending behavior of functionally-graded composite beam crack controlled by UHTCC has been carried out, including theo- retical analysis, experimental research on long composite beams without web reinforcement, validation and comparison between experimental and theoretical results, and analysis on crack control. In addition to improving bearing capacity, the results indicate that functionally-graded composite beams using UHTCC has been found to be very effective in preventing corrosion-induced damage compared with RC beams. Therefore, durability and service life of the structure could be enhanced. This paper discusses the development of internal force and crack propagation during loading process, and presents analysis of the internal force in different stages, moment-curvature relationship from loading to damage and calculation of mid-span deflection and ductility index. In the end, the theoretical formulae have been validated by experimental results.