钢渣粗骨料混凝土单轴受压应力-应变关系试验研究

为探究钢渣粗骨料混凝土稳定性及其应力-应变关系全曲线,该文对包头某钢铁公司的钢渣粗骨料进行了浸水膨胀率试验及压蒸粉化率试验并测其f-CaO含量;完成了6组不同钢渣替代率下的立方体抗压试验及棱柱体单轴受压试验,分析其破坏形态及受力变形特征,建立钢渣粗骨料混凝土本构关系模型。研究表明:该文所选钢渣的f-CaO含量、浸水膨胀率、压蒸粉化率均符合现行规范规定,稳定性良好;钢渣粗骨料混凝土单轴抗压强度随钢渣掺量的增加而提高,并高于普通混凝土抗压强度,破坏呈现的脆性特征也更为显著;钢渣粗骨料混凝土棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值相较于普通混凝土更高。根据过镇海本构模型及Wee模型,并引入钢渣粗骨料含量的修正系数,对钢渣粗骨料混凝土应力-应变关系采用分段式表达。该文提出应力-应变模型与试验结果拟合程度较好,可以更加全面的描述钢渣粗骨料混凝土的单轴受压力学行为。     

加载速率及其突变对混凝土压缩破坏影响的数值研究

混凝土动态力学行为具有明显的率相关性,探讨了加载速率及其突变对混凝土压缩破坏模式及宏观力学性能的影响。考虑混凝土细观结构非均质性的影响,从细观角度出发将混凝土看作由骨料、砂浆基质及过渡区界面组成的三相复合材料。采用耦合应变率效应的塑性损伤本构关系模型来描述砂浆基质及界面的动态力学行为;认为骨料不产生断裂破坏,为弹性体。采用Monte Carlo法建立了混凝土二维随机骨料模型,首先对Dilger等混凝土动态压缩试验进行数值模拟,数值与试验结果的良好吻合证明了方法的可行性及细观参数选取的准确性。进而探讨了细观组分应变率效应的影响,对比了混凝土非均质模型与宏观均匀模型的应变率效应,最后分析了软化阶段加载速率突变对混凝土破坏模式及宏观应力-应变关系的影响,并得到了一些有益结论。     

砖混再生粗骨料及其在混凝土中的研究与应用进展

随着我国城市化进程的加速以及人们居住水平的不断改善,20世纪60年代至80年代建设的大量砖混结构建筑物面临拆除,这些砖混结构物拆除后经破碎加工而成的粗骨料中含有大量碎砖、碎瓦和低强度的混凝土,简称砖混再生粗骨料（Mixed recycled coarse aggregate,MRCA）。MRCA的高值利用是建筑固废资源化利用的研究热点。MRCA具有吸水性高、压碎指标高、空隙率高以及密度低“三高一低”的物理特性。MRCA具有较大的棱角度、表面粗糙度和分形维数,较小的圆度等颗粒形态特征。MRCA混凝土破坏主要由低强度的碎砖骨料破坏及再生粗骨料与水泥砂浆界面过渡区粘结破坏导致。采用物理和化学方法对MRCA进行强化,并通过适合的配合比设计方法和制备技术可以改善MRCA混凝土性能。再生砖骨料占比是影响MRCA混凝土工作性能、力学强度及耐久性的重要参数之一。相关学者研究了再生砖骨料含量对MRCA混凝土工作性能、力学强度及耐久性能的影响规律,并基于应力应变关系和再生砖骨料的含量提出了MRCA混凝土损伤本构关系模型,探讨了MRCA混凝土的损伤演变规律。另一些学者测试了MRCA混凝土制备的梁、板和柱等构...     

钢纤维再生粗骨料混凝土受压声发射特性与损伤演化

为了探究钢纤维掺量(体积率0、0.8%、1.5%)对C30再生粗骨料混凝土(质量分数取代率0、100%)基本力学性能的影响，结合声发射特征参数和应力-应变曲线来描述钢纤维再生粗骨料混凝土在轴心受压过程中的损伤演化规律。试验结果表明，通过对声发射损伤定位、撞击计数与能量计数分析，可实现钢纤维再生粗骨料混凝土轴心受压破坏从累计损伤到微裂缝演变，再到宏观裂缝扩展的全过程动态监测，不同钢纤维掺量再生粗骨料混凝土与普通混凝土试件在加载过程中损伤点的密集集中位置与试件最终破坏位置相符；基于声发射累计撞击计数建立的混凝土损伤模型可用于分析钢纤维再生粗骨料混凝土的损伤演化规律。     

损伤力学理论在混凝土结构中的应用技术进展

总结了最近几年国内外基于损伤力学理论的混凝土结构性能研究。详细概述了静力损伤本构关系、动力损伤本构关系、弹塑性损伤本构关系、混凝土随机损伤本构关系、徐变损伤模型、冻融作用下的损伤模型和腐蚀-化学作用下的损伤模型。总结了该研究领域存在的一些问题,并对今后的研究方向提出了建议。     

钢筋锈蚀后与再生混凝土间粘结-滑移本构关系研究

为研究钢筋锈蚀后与再生混凝土间粘结-滑移本构关系,主要考虑了不同钢筋锈蚀率、不同再生粗骨料取代率、不同再生混凝土强度等因素的影响,采用加速通电锈蚀以及钢筋开槽内贴片方法,完成23组钢筋再生混凝土试件粘结-滑移性能拉拔试验,获得了再生混凝土与不同锈蚀程度螺纹钢筋间的荷载-滑移曲线以及不同锚固位置处钢筋应变。通过实测结果及理论分析,计算得到不同锈蚀率下钢筋再生混凝土间粘结应力及滑移值沿锚固长度分布规律,分析了钢筋锈蚀前后与再生混凝土间粘结应力传递及粘结锚固位置函数差异的受力机理,提出了不同锈蚀率下反映实际粘结分布规律的粘结锚固位置函数模型,最后建立钢筋锈蚀后与再生混凝土间考虑粘结-滑移位置函数的粘结-滑移本构关系,为锈蚀后钢筋再生混凝土有限元分析提供参考依据。     

冲击载荷下玄武岩纤维增强混凝土的动态本构关系

为了研究玄武岩纤维增强混凝土的动态本构关系,利用Ф100mm分离式霍普金森压杆装置,对玄武岩纤维增强混凝土进行冲击压缩试验,得到了动态应力-应变曲线,对试验数据进行了分析,根据试验结果,通过叠加应变率强化效应和损伤软化效应,对混凝土静态Ottosen非线性弹性本构模型进行修正,建立了玄武岩纤维增强混凝土损伤型的动态本构模型,确定参数并将理论模型计算结果与试验结果进行了对比。研究表明,玄武岩纤维增强混凝土的动态性能存在明显的应变率强化效应,动态强度增长因子和峰值应变与应变率对数之间存在近似函数关系;建立模型的方法可行,理论模型计算结果与试验结果吻合较好,建立的本构模型可用来描述玄武岩纤维混凝土的动态力学行为,并能为玄武岩纤维增强混凝土的进一步研究和工程应用提供参考依据。     

动态响应下海水海洋骨料混凝土受压应力‑应变本构关系研究EI北大核心CSCD

为了构建海水海洋骨料混凝土在高应变率下的受压应力⁃应变本构关系,以海水海砂碎石骨料混凝土和海水海砂珊瑚骨料混凝土为研究对象,采用大直径霍普金森压杆试验装置开展了两类混凝土动态力学性能的测试,并通过静态力学性能试验得到各自混凝土动态力学性能比较的参考基准。基于静动态受压性能试验结果,获取了海水海洋骨料混凝土破坏模式与特征、应力⁃应变关系曲线、峰值应力和峰值应变、受压强度的动态放大系数(DIF),并深入分析应变率和混凝土类型对单一性能指标的影响。研究结果表明:海水海砂碎石骨料混凝土的破坏面在于碎石与水泥浆体的界面区,而海水海砂珊瑚骨料混凝土的破坏表现为珊瑚的剪切断裂;海水海洋骨料混凝土的静动态受压过程相似,其应力⁃应变关系曲线基本经历了弹性阶段、塑性发展阶段以及全塑性破坏阶段;应变率效应对提高海水海洋骨料混凝土动态受压力学性能具有显著影响,其中珊瑚作为粗骨料比碎石粗骨料具有更高的应变率敏感性。通过数值回归分析,构建了以应变率为自变量的海水海洋骨料混凝土受压强度DIF预测模型。以《混凝土结构设计规范》提供的分段式数学方程为基础,采用数值反演法建立了海水海洋骨料混凝土静动态应力⁃应变统一本构方程。     

ABAQUS中混凝土本构模型用于模拟结构静力行为的比较研究

对大型通用有限元程序ABAQUS中的混凝土弥散开裂模型和塑性损伤模型进行了详细的介绍,包括单轴应力-应变关系、裂缝模型、屈服准则、流动法则和滞回规则等。然后对混凝土本构模型中影响结构构件静力行为的关键因素进行了详细的对比分析,并结合采用不同混凝土模型对钢筋混凝土构件和钢-混凝土组合结构构件的受力行为的模拟结果,指出了分析实际结构构件时不同混凝土材料本构模型的适用情况,可供研究设计参考。     

基于ABAQUS的钢-聚丙烯混杂纤维混凝土损伤塑性本构模型取值方法研究

该文基于ABAQUS有限元软件中的混凝土损伤塑性模型（CDPM）,研究钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的CDPM本构参数的取值方法,包括屈服面函数、塑性势能函数中参数的确定,以及单轴应力-应变关系的定义,并分析不同CDPM本构参数对数值结果的影响。通过对纤维混凝土材料的典型多轴加载力学行为以及混杂纤维混凝土柱构件的抗震性能进行了数值模拟并与文献试验结果进行对比,验证该取值方法的合理性及适用性。结果表明,采用CDPM并选择适当的本构参数能够准确地描述钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的非线性力学行为,该方法能够为纤维混凝土结构在复杂荷载状态下的精细化设计与分析提供参考。     

考虑应变率效应的混凝土单轴压缩统计损伤本构模型

基于统计损伤理论,建立考虑应变率效应的混凝土单轴压缩统计损伤本构模型。考虑细观断裂和屈服两类损伤模式,将临界状态作为均匀损伤阶段向局部破坏阶段过渡的转折点,且滞后于峰值应力状态。在动态荷载作用下,混凝土内部细观结构的力学性能发生变化,同时微裂纹的扩展形态、路径和和数量较准静态发生显著改变,进而改变了两类细观损伤模式的演化过程,可由5个特征参数来表征。开展混凝土单轴压缩动态力学性能试验,获得了10-5～10-2/s应变率范围内的应力-应变曲线。利用6组试验数据对模型进行验证,结果表明：模型预测曲线与试验曲线吻合良好,表征细观损伤机制的特征参数随着应变率的提高显示出明显的规律性。该模型可以较好地描述混凝土的动态力学行为,在应变率效应机理、细观损伤机制、宏观非线性本构行为之间建立起有效的联系。     

碾压混凝土HJC动态本构模型修正及数值验证

研究高应变率冲击爆炸荷载作用下水工碾压混凝土大坝结构的动力响应,离不开对筑坝材料动态力学特性和本构关系的深入认识。参考实际水工混凝土大坝筑坝材料的配合比和施工方式,制备碾压混凝土试样,分别开展了静态压缩试验和分离式霍普金森压杆(SHPB)试验,以探求碾压混凝土的动态力学特性。基于静、动态力学试验结果,对目前多用于描述混凝土类材料高应变率下力学行为的HJC模型的强度面、应变率增强效应和破坏准则进行了修正,并利用有限元计算手段,建立SHPB试验的数值模型,以验证修正HJC模型的有效性。结果表明:碾压混凝土在高应变率冲击荷载下的动态力学特性表现出明显的应变率效应,动态压缩强度随应变率增加而提高,且与试样尺寸有关。基于试验数据的改进HJC模型有效预测了碾压混凝土在高应变率冲击荷载作用下的动态力学行为,数值计算得到的重构应力——应变曲线基本与SHPB试验结果吻合,采用最大主应变失效准则模拟得到了与SHPB试验加载过程中接近的试样损伤破坏模式,研究成果可用于碾压混凝土结构的抗冲击爆炸设计中。     

带耗能支撑再生混凝土框架-剪力墙结构振动台试验研究

为了研究带耗能支撑再生混凝土框架-剪力墙结构的抗震能力,进行2个框架-剪力墙结构模型的模拟地震振动台试验研究,其中1个为再生粗骨料混凝土普通框架-剪力墙结构,1个为再生粗骨料混凝土带耗能支撑框架-剪力墙结构。对比分析了2个模型不同受力阶段的动力特性、地震反应及破坏形态,结果表明:耗能支撑能明显提高再生混凝土框架-剪力墙结构的抗震能力,使其较好地满足现行抗震设计规范要求。     

混凝土确定性及随机性损伤本构模型研究进展

混凝土损伤本构模型的建立对表征混凝土力学行为与认识其本质至关重要。从确定性与随机性两个层面梳理了国内外混凝土损伤本构模型的研究历史和最新进展情况,针对不同模型的损伤定义方式、损伤演化规律、损伤物理机制等进行探讨,通过对比分析总结了混凝土材料的非线性、随机性和动力荷载下的率敏感性等特征,提出发展混凝土损伤本构模型的关键问题,为建立更完善的混凝土损伤本构模型提供参考。     

再生混凝土力学性能的研究

在低温加热-颗粒整形工艺分离废弃混凝土的基础上,分析研究了再生粗骨料的性能以及再生混凝土的力学性能。实验结果表明:在水灰比和砂率相同的基础上,相较于素混凝土,当再生粗骨料代替率为40%时,再生混凝土7d和28d的抗压强度分别提高约6.9%和4.2%;再生混凝土的峰值应力变化与抗压强度变化趋势相同,且两者的提高皆源于弹性应变的提高。     

基于损伤的型钢混凝土构件数值分析

为了对型钢混凝土构件进行精细化建模分析,首先建立了仅依靠材料参数的混凝土本构关系以及损伤演化方程,根据型钢应变的发展以及屈曲影响,得到了型钢损伤本构模型.通过对型钢与混凝土粘结-滑移机理的进一步分析,进而建立了一种同时考虑粘结损伤和力学损伤的型钢与混凝土界面损伤模型,以合理考虑粘结-滑移对构件力学性能的影响.最后,对型...     

离心钢管混凝土的等效本构关系

在现有离心钢管混凝土本构关系分析的基础上,将离心钢管混凝土简化为同一尺度的横观各向同性体,利用在弹性状态下应变能相等原理和弹塑性状态时应力—应变呈二次抛物线变化的假定,提出了离心钢管混凝土这种组合结构新的等效本构关系。实例分析表明,模型与试验结果吻合较好,且该本构关系能客观地反映了离心钢管混凝土构件的物理力学关系,为离心钢管混凝土结构进行数值分析奠定了基础。     

基于细观模拟的轻骨料混凝土动态压缩破坏及尺寸效应分析

轻骨料混凝土由于其轻质及保温隔热性能好等优点,越来越多被应用于实际工程结构。采用细观数值模拟方法,将轻骨料混凝土看作由骨料颗粒、砂浆基质及两者间界面过渡区组成的三相复合材料,采用塑性损伤本构关系模型,考虑应变率效应的影响,建立了对应的细观随机骨料模型,研究了轻骨料混凝土在动态压缩作用下的破坏行为及尺寸效应规律。发现:随着应变率的增加,惯性效应逐渐成为主导效应,动态压缩强度的尺寸效应逐渐被削弱,达到临界应变率时,尺寸效应被完全抑制。此外,结合率效应影响机制与规律,揭示了轻骨料混凝土动态压缩强度的尺寸效应机理,建立了“静动态统一”的尺寸效应半经验-半理论公式。     

钢管再生混凝土轴压短柱受力性能的试验与理论分析

为了研究钢管再生混凝土短柱的轴压性能,以再生粗骨料替代率和套箍指标为主要变化参数设计了22个试件进行轴压试验,观察了试件的受力全过程和破坏形态,获取了试件的应力-应变全过程曲线,分析了骨料替代率、套箍指标对其承载性能的影响,试验结果表明:试件的破坏形态与普通钢管混凝土相似,再生粗骨料替代率对钢管再生混凝土影响不大,套箍指标对承载能力和变形性能影响明显。并分别用统一强度理论,套箍混凝土理论和叠加计算理论对试件的承载力进行了计算和分析,结果表明:统一强度理论和叠加计算理论计算值小于试验值,而套箍混凝土理论计算值略大于试验值,最后对应力-应变全过程曲线拟合分析,提出了试件的应力-应变全曲线方程。研究结果可供钢管再生混凝土短柱的科学研究和工程应用参考。     

持压荷载与干湿循环作用下再生混凝土氯盐侵蚀行为

采用干湿比为3∶1和质量分数为5wt%的NaCl溶液,开展了持压荷载与干湿循环共同作用下不同再生粗骨料取代率(r=0%、30%、50%、100%)混凝土的氯离子传输试验,分析了持压应力水平(λ_c=0.1、0.3、0.5)对氯盐侵蚀性能的影响。基于非饱和混凝土的氯离子对流-扩散模型,提出了考虑应力水平和再生骨料取代率影响的水分和氯离子扩散系数模型,并验证了该模型的有效性。结果表明：相同再生粗骨料取代率的混凝土内自由氯离子含量、氯离子扩散系数和表面氯离子浓度均随应力水平的增加呈先减小后增大的趋势,同一应力水平下与再生粗骨料取代率呈正相关,再生粗骨料取代率为100%的试件承受0.1f_c、0.3f_c、0.5f_c(f_c为再生混凝土(RAC)立方体抗压强度值)应力作用的氯离子扩散系数分别是无应力状态的0.97、0.88和1.48倍;所建立的持压荷载与干湿循环作用下RAC氯离子传输模型,为再生混凝土耐久性分析提供理论依据。