混凝土轴拉疲劳试验及损伤模型

基于室内试验，研究了混凝土在等幅和变幅重复荷载作用下的轴拉疲劳性能。由等幅疲劳残余应变，定义了损伤变量，得到了相应的损伤积累和演化规律。依据损伤演变与损伤状态、加载条件间的相关性，建立了相应的疲劳损伤模型。并用变幅疲劳试验结果验证了模型的有效性。与其它模型相比，该模型具有较高的精度。     

考虑冻-融作用下中抗硅酸盐水泥混凝土疲劳力学试验研究

为了研究中抗硅酸盐水泥混凝土在单调加卸载下疲劳力学特征，设计开展不同水泥掺量、不同冻-融特征下混凝土试样加卸载力学试验，探讨混凝土的疲劳力学特征。研究表明，水泥掺量6%前后阶段内，疲劳寿命lgN分别为递增、递减特征，随目标加载应力水平递增，疲劳寿命lgN仍然与水泥掺量变化关系一致。疲劳寿命lgN与冻-融温差为二次函数关系，在温差为35℃后，疲劳寿命lgN降幅更为显著。冻-融交替次数与疲劳寿命为负相关关系，交替增大至9次后，疲劳寿命降幅更显著。控制中抗硅酸盐水泥掺量在合理区间更适宜，且避免冻-融损伤与加载应力形成损伤耦合作用。研究成果可为中抗硅酸盐水泥混凝土材料的疲劳力学研究提供试验参考。     

混凝土破裂过程三维数值模拟及CT验证

将混凝土简化成由骨料、水泥砂浆及其二者之间的界面层所组成的三相复合材料,建立了混凝土骨料随机分布三维模型,用界面单元多次细分技术进行有限元网格划分,基于弹性损伤本构关系采用双折线损伤演化模型描述混凝土细观各相弹性损伤退化,用弹性模量的折减程度来反映混凝土试件在加载过程中的损伤程度。对混凝土圆柱体试件进行了数值模拟计算,并从混凝土破坏过程图和荷载-位移曲线图两方面比较了数值模拟的破坏过程与CT试验结果,发现试件破坏时裂纹的萌生、扩展过程与CT观测到的过程具有相似性,说明用本文建立的三维数值模型模拟混凝土材料的损伤破坏过程是基本可行的。     

碳纤维、钢纤维混凝土低周抗压疲劳特性的试验研究

本文研究了素混凝土、碳纤维混凝土和钢纤维混凝土在轴压疲劳荷载下的破坏机理，试验研究了碳纤维、不同品种钢纤维、纤维掺量、加载应力水平对于疲劳寿命及能量吸收的影响规律，探讨了疲劳累积损伤特性。研究表明：在较低的应力水平下纤维混凝土的疲劳寿命、能量吸收值均比高应力水平时明显增大。     

冻融环境下钢筋与再生混凝土粘结性能及界面损伤研究

为了揭示冻融环境下钢筋与再生混凝土的粘结破坏机理及其影响因素,对冻融环境下钢筋与再生混凝土的界面粘结试验进行数据统计后,利用几何损伤理论建立粘结退化模型,引入指数函数对损伤滑移曲线进行拟合后,建立冻融环境下钢筋与再生混凝土的粘结滑移损伤本构关系;并从能量损伤的角度分析界面粘结耗能,定义粘结能量因子以量化不同冻融循环次数...     

基于能量法的水环境混凝土疲劳裂缝扩展模型

针对低频疲劳荷载与孔隙水压力的耦合作用,将混凝土疲劳裂缝扩展所消耗的能量分为两部分,一部分由低频疲劳荷载提供,另一部分由孔隙水压力提供,并给出了两部分能量的计算方法。基于能量的可叠加原理,结合混凝土断裂过程中能量释放率的概念,建立了低频疲劳荷载与孔隙水压力耦合作用下混凝土的裂缝扩展模型,并通过试验数据对模型进行了验证。结果表明:当孔隙水压力为0时,模拟曲线与试验数据吻合较好;当孔隙水压力与低频疲劳荷载共同作用时,水压作用会提供闭合裂缝张开时消耗的能量,促进裂缝的扩展,导致裂缝扩展速率增大,且随着孔隙水压力的增大,裂缝扩展速率增加,混凝土疲劳寿命降低。     

碳纤维、钢纤维混凝土低周压抗疲劳特性的试验研究

本文研究了素混凝土，碳纤维混土和钢纤维混凝土在轴压疲劳荷载下的破坏机理，试验研究了碳纤维，不同品种钢纤维，纤维掺量，加载应力水平对于疲劳寿命及能吸收的影响规律，探讨了疲劳累积损伤特性，研究表明，在较低的应力水平下纤维混凝土的疲劳寿命，能量吸收值均比高应力水平时明显增大。     

混凝土受压性能的均质细观数值模拟

将混凝土看作由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料，在细观层次上建立了均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型，分别赋予细观单元弹脆性和弹塑性本构关系，研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程，分析了宏观应力应变曲线的差异，并将计算结果与试验结果做了比较。结果表明：混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的；界面相是混凝土材料内部最薄弱的地方；砂浆单元采用弹塑性本构关系时所得混凝土棱柱体受压的宏观应力－应变全曲线与试验结果吻合较好。     

不同加载速率下界面过渡区对混凝土破坏模式的影响

混凝土细观结构形式及其力学性能决定混凝土宏观力学性能及损伤破坏模式。从细观角度出发,将混凝土看作由骨料、砂浆基质和界面过渡区组成的三相复合材料,建立了混凝土二维随机骨料有限元模型。采用耦合材料应变率效应的塑性损伤本构模型来描述砂浆基质及界面过渡区的力学性能;认为骨料不产生损伤破坏,为弹性体。对不同加载速率下双边缺口混凝土试件的拉伸破坏模式及混凝土梁动态弯拉破坏过程进行了数值研究,探讨了界面过渡区对混凝土破坏模式及宏观力学性能的影响。数值结果表明当加载速率较小时,界面过渡区的力学性能对混凝土拉伸、弯拉破坏模式和宏观力学性能有显著的影响;而当加载速率很大时,如冲击载荷作用(名义应变率50 s-1)下混凝土动态拉伸破坏模式及混凝土梁弯拉破坏模式基本不受界面过渡区力学性能的影响。因此,在对高速冲击、碰撞或爆炸下关于混凝土拉伸破坏的数值研究中可忽略界面过渡区的影响。     

混凝土静,动力双剪损伤本构理论

本文根据双剪应变理论，利用单轴拉伸和单轴压缩状态下混凝土的损伤应变阈值，建立起混凝土的初始损伤面和多轴应力状态下混凝土的损伤演化方程，并推出了多轴状态下混凝土的损伤本构方程。文中还利用单轴状态下动力损伤与静力损伤之间的关系，类推出多轴状态下动力损伤与静力损伤之间的关系，从而建立起混凝土在多轴状态下的动力损伤本构模型。     

冻融循环与疲劳荷载作用下混凝土损伤研究

为研究冻融循环与轴向疲劳荷载作用下混凝土力学性能损伤演化规律,对混凝土试件分别进行冻融循环、疲劳加载、先冻融循环后疲劳加载和先疲劳加载后冻融循环4种损伤试验,以试件经历损伤后的抗压强度劣化作为损伤评价指标研究混凝土的损伤特性和机理,同时研究相对动弹性模量和质量的劣化规律。研究结果表明:不同联合作用下,混凝土的相对动弹性模量均呈现降低趋势。冻融循环单一因素作用下,混凝土强度随冻融次数的增加逐渐降低;疲劳荷载单一因素作用下,混凝土强度随疲劳次数增加呈先升后降的趋势,疲劳4万次时,混凝土的损伤度为1.8%;先冻融循环后疲劳加载作用下,即混凝土先受冻融循环作用,再受1万次应力水平(0.1 f_c~0.5 f_c)的疲劳荷载作用时,随疲劳次数的增加,试件的强度均呈现升高趋势;先疲劳加载后冻融循环作用下,随冻融次数的增加,混凝土的力学性能损伤显著,历史疲劳次数为0.5万次和1万次,再经历75次冻融循环作用时,其损伤度分别为19%和24.2%。研究成果可为建立符合实际工程的混凝土结构耐久性设计理论提供较可靠的基础依据。     

混凝土材料经历三向受压荷载历史后抗压强度劣化的研究

以连续介质损伤力学为基础，以侧向应力和最大竖向应变二者的组合来表征混凝土所经历过的荷载历史，以抗压强度劣化来表征混凝土损伤，对10cm×10cm×10cm的立方体试件进行了损伤试验、分析及研究。本文研究了不同围压条件下，单调和循环加载历史产生混凝土损伤的发展演化规律。根据试验结果拟合得到损伤的演化方程，分析了影响损伤发展的主要因素，阐明了其原因。从中可以看出，用抗压强度劣化来估测混凝土结构的损伤在工程实践中非常方便实用。     

压剪共同作用下混凝土的损伤演化研究

利用动静力三轴仪进行不同加载速率不同法向压力下混凝土的抗剪试验,基于Najar能量法的改进,提出一种新的损伤变量计算方法,以此分析法向压力和加载速率对混凝土压剪受力状态下损伤演化的影响;并结合Weibull模型上升段和过镇海模型下降段,构建了压剪损伤模型。研究结果表明:根据提出的计算损伤变量方法的得到结果与混凝土实际受载情况较符合;混凝土压剪受力状态下损伤演化可分为3个阶段:①线弹性阶段;②损伤加速变化阶段;③损伤收敛阶段。法向压力对混凝土的损伤演化有显著的影响,法向压力的增大减缓了混凝土的损伤发展速度;混凝土损伤的发展随着加载速率的增加有滞后的趋势。     

全级配混凝土单轴疲劳特性细观数值模拟

为研究全级配混凝土在等幅、变幅及阶梯重复荷载作用下的疲劳特性,揭示材料特性与疲劳应力水平对其疲劳寿命的影响规律,通过自编程序建立二维随机骨料模型,运用有限元软件和耐久性疲劳分析软件进行联合仿真,对全级配混凝土细观结构进行应力分析和疲劳分析,探讨了不同骨料分布、骨料形状及疲劳应力水平对混凝土疲劳性能的影响,并估算了疲劳寿命。结果表明:在阶梯重复荷载作用下,骨料形状和分布对混凝土疲劳寿命影响较小,而疲劳应力水平对疲劳寿命影响较大;圆形和椭圆形骨料混凝土疲劳寿命较高,多边形骨料寿命较低;在疲劳加载破坏过程中,骨料界面先起裂,然后裂纹逐渐扩展贯通,最后导致整个试件完全破坏,可见骨料界面是混凝土中的薄弱部位,其寿命直接影响整个混凝土试件的寿命。研究成果为后续混凝土疲劳性能研究提供了参考。     

再生混凝土疲劳损伤机理的数值模拟

基于再生混凝土内部细观结构的数字图像,建立了二维细观再生混凝土疲劳损伤有限元模型。首先,对弯折疲劳破坏后的再生混凝士弯折疲劳试件进行机械切割并对切割后的表面使用数码相机拍摄,获得截面数字图像。然后,对所获得的数字图像进行处理并对骨料和砂浆部分进行边缘检测,获得骨料和砂浆的边缘坐标,将其导入有限元分析软件,获得实体模型。最后,建立了二维细观再生混凝土疲劳损伤有限元模型,研究了再生混凝土在疲劳荷载作用下的损伤分布和应力分布的变化规律。     

考虑损伤的混凝土非线性徐变模型

采用断裂力学理论分析考虑徐变变形的材料内裂纹尖端实际能量释放率,研究持续荷载作用下混凝土内微裂纹应变能累积规律,认为在相同应变能累积情况下,长期持续荷载和单轴荷载下微裂纹扩展演化状态相同.基于柔度张量等效假设建立了混凝土的非线性徐变模型,实际应用表明,此模型与不同强度等级混凝土非线性徐变试验结果吻合较好,能反映混凝土损...     

循环损伤后全级配混凝土断裂过程声发射特征

为研究初始循环损伤对全级配混凝土断裂损伤特性的影响,对承受不同初始循环损伤的全级配混凝土梁进行三点弯断裂试验研究,并结合声发射（acoustic emission,AE）技术对预损伤后断裂过程进行监测。结果表明：初始循环荷载增幅越大,混凝土梁在初始循环阶段累积的损伤越大,损伤后再加载的峰值荷载越小,脆性特征更明显;对比分析多个AE损伤指数发现,在加载中后期,全级配混凝土的断裂特性受初始循环损伤的影响逐渐变小,此时试件的受损主要受到内部大骨料分布的影响;对预损伤后加载过程中RA-AF值（RA value-average frequency value）分析可知,剪切裂纹占比随加载进程的推进递增,但拉伸裂纹占比始终占主导地位,且随着初始循环增幅越大,破坏时剪切裂纹占比越大。研究成果对预测分析混凝土大坝断裂破坏具有较好的实际应用价值。