水压下单裂隙开裂混凝土渗透试验及模型公式研究

为了研究开裂混凝土的渗透特性,通过室内试验研究了裂缝宽度、外水压力对开裂混凝土渗透特性的影响,总结了目前开裂混凝土理想光滑平行裂缝模型和考虑粗糙度影响裂缝模型的绝对渗透系数计算公式,并将试验获得的渗透系数与各理论模型的计算结果进行分析比较.研究表明:裂缝宽度对混凝土结构渗透性影响最大,符合立方定律函数关系,水压、渗透时...     

钢筋混凝土框架抗连续倒塌的仿真分析

为研究钢筋混凝土框架结构的连续倒塌受力机理,在角柱失效倒塌试验基础上,运用ABAQUS有限元软件对钢筋混凝土框架进行了连续倒塌仿真分析。考虑到角柱失效倒塌过程中地梁和对角区域的构件几乎没有破坏,建模中只在角柱区域建立了钢筋混凝土板;同时考虑到位移加载方式简单而且模型更易收敛,故仿真倒塌全程采用位移控制。通过仿真得到了结构的荷载 位移曲线、框架的位移曲线、钢筋和混凝土应力曲线、破坏形态等,并与试验结果进行对比。结果表明:仿真结果和试验结果基本一致;角柱失效时,框架经历了弹性阶段、塑性铰形成阶段和失效阶段;该仿真能够较好地模拟框架模型连续倒塌的过程,并且能揭示倒塌破坏过程的受力特点。     

泵送混凝土压力损失试验研究

针对新型泵送混凝土三通分流器进行混凝土压力损失试验。在试验研究的基础上,建立了包括三通分流器的有限元模型,对泵送混凝土的压力损失进行了模拟。根据试验和有限元分析结果,给出了不同混凝土强度等级的压力损失实用计算公式。试验结果表明,泵送混凝土通过三通分流器后,随着混凝土强度等级和流速的增大,坍落度的减小,压力损失逐渐增大。计算结果表明,建立的有限元模型和实用计算公式可以有效预测混凝土的压力损失。     

纤维增强塑料筋混凝土粘结滑移本构模型

纤维增强塑料筋与钢筋性能的差异 ,使纤维增强塑料筋混凝土的粘结性能与钢筋混凝土的粘结性能存在明显不同 ,因此 ,研究塑料筋混凝土粘结滑移本构模型 ,对推广塑料筋混凝土结构在工程中的应用具有重要的理论意义和实用价值。在总结国内外已有的纤维增强塑料筋与混凝土粘结滑移本构模型的基础上 ,提出了粘结滑移的连续曲线本构模型。该模型以粘结滑移曲线的三个关键点为基础 ,物理概念明确、光滑连续 ,并与试验结果吻合良好     

轻骨料混凝土的破坏面模型

以轻骨料混凝土和普通混凝土破坏面的不同特征为切入点,剖析了已有的混凝土破坏面模型存在的问题,指出了轻骨料混凝土破坏面应为主应力空间连续、光滑、外凸的整体闭口曲面.根据轻骨料混凝土的各向同性特征,建立了主应力空间二次函数型轻骨料混凝土的破坏面模型,并对其采用特征应力点试验数据进行了量化.量化的轻骨料混凝土椭球面破坏模型的任一剖切面（包括拉压子午线和偏平面包络线）均为椭圆曲线,避免了以往的混凝土破坏面模型的拉压子午线和偏平面包络线分别采用不同类型函数描述的问题,克服了混凝土二次抛物线型拉压子午线破坏面有尖角（不光滑、不可导）的缺陷.通过与试验数据对比分析,验证了建议的轻骨料混凝土椭球面破坏模型的精度。     

曲线形钢管混凝土的抗弯性能

对受弯状态下由钢管混凝土弦杆和空腹桁架组成的曲线形钢管混凝土(CCFST)进行一系列试验。对4个曲线形钢管混凝土桁架、2个直钢管混凝土桁架(简称为钢管混凝土桁架)和2个曲线形空心管桁架进行试验,从而研究矢跨比和内填混凝土对曲线形钢管混凝土桁架抗弯性能的影响。发现了不同的失效模式:钢管混凝土桁架的弯曲失效;曲线形钢管混凝土桁架的弯剪失效;空心管桁架的局部屈曲失效。试验结果显示,曲线形钢管混凝土桁架的刚度和承载能力要大于钢管混凝土桁架,但曲线形钢管混凝土桁架的延性相对较低,产生了节点失效。同时,内填混凝土有助于增加钢管桁架的刚度、承载能力和延性。建立一个曲线形钢管混凝土桁架的有限元模型并通过试验结果验证。根据这个模型全面研究分析桁架的力学性能。提出一个可以预测弹性刚度、考虑弯曲变形和剪切变形的简化模型。也对曲线形钢管混凝土结构的承载能力进行了讨论。     

基于损伤理论的预应力混凝土冻融破坏研究

损伤力学提供了一种分析疲劳演化、估算疲劳寿命的有效方法.混凝土冻融破坏是一种低周疲劳损伤,可以利用损伤力学理论进行分析.试验利用损伤力学中疲劳损伤的基本原理对预应力混凝土在冻融循环作用下的损伤与失效过程进行了分析,在比较几种低周疲劳损伤理论的基础上,利用混凝土冻融前后动弹性模量变化的规律建立了预应力混凝土冻融破坏模型.并根据试验结果对模型进行了评价.结果表明在相同冻融循环次数下,随着应力水平的提高,混凝土抗冻能力是提高的;随着冻融的继续进行,应变趋向于定值,此时混凝土不再能承受应力作用而失效破坏.     

钢管混凝土组合框架抗连续倒塌特征响应及参数分析

采用非线性纤维梁模型建立了关键构件失效后钢管混凝土组合框架抗连续倒塌有限元模型。基于ABAQUS软件提供的二次开发平台UMAT,开发了考虑包辛格效应的钢材和约束效应的核心混凝土材料单轴本构模型,并利用已有文献中的试验结果对上述本构模型进行了验证。在此基础上,进行了不同参数(失效柱位置、跨度、层数、层高及失效时间)下抗连续倒塌特征响应分析,研究不同参数下该类结构的位移变化和倒塌规律。研究结果表明,失效柱位置、跨度以及失效时长对竖向位移时程曲线影响较大;中柱(底层、中间层和顶层)失效后,竖向位移时程曲线为比较规则的振荡衰减曲线,在阻尼作用下按照两条渐近线的趋势逐渐趋于平缓,而角柱失效后计算所得竖向位移时程曲线相对中柱不规则。为了更好地提高钢管混凝土结构的抗倒塌能力,给出了概念性的倒塌设防建议,供工程实际参考。     

混凝土材料的三维弹塑性本构模型

广义非线性强度理论将材料的强度特性分解为4个相互独立的因素,由4个材料参数分别描述,在主应力空间内的强度面连续光滑,存在连续的偏导数。将广义非线性强度理论作为屈服函数,以塑性剪应变作为硬化参数,将塑性剪应变与剪应力之间建立分段函数关系,采用非关联流动法则,建立混凝土材料的三维弹塑性本构模型。本构模型中各参数意义明确,通过材料试验结果对本构模型的验证表明,所建立的三维弹塑性本构模型可较好地描述混凝土材料的三维变形与强度特性,进一步可用该材料模型对混凝土结构进行多维非线性受力分析,为结构设计和分析提供依据。     

钢筋混凝土偏心受压长柱非线性失稳承载力研究

随着结构中钢筋混凝土偏心受压柱长细比、材料强度和轴压力的增大,压杆发生失稳失效的风险在增长,但在各国至今使用的混凝土结构设计规范中均未见给出在已知等效长度的前提下单杆非线性失稳峰值承载力的计算方法。为此,利用非线性有限元软件ABAQUS完成了在各主导参数常用变化范围内的足够数量钢筋混凝土偏心受压柱模拟分析计算。以此为数据集,在取用规范规定的强度失效承载力表达式作为强度失效模型的前提下,通过回归分析,以调整系数#x03D5;作为主要辅助手段,给出了表达钢筋混凝土偏心受压柱从强度失效到失稳失效连续过渡的非线性极限承载力实用表达式。并用到目前为止能收集到的在可靠试验条件下完成的以细长压杆为主的试验结果对所提通用公式的准确性进行了识别。利用建立的非线性分析模型还可完成给定参数条件下相应压杆失效类型的识别。     

部分充填式窄幅钢箱-混凝土连续组合梁有限元分析

以3根在负弯矩区不同配筋率的2×3 m部分充填式窄幅钢箱-混凝土连续组合梁的试验研究为基础,采用有限元软件ABAQUS建立了部分充填式窄幅钢箱-混凝土连续组合梁的非线性有限元模型,模拟了构件在两点对称集中荷载作用下连续组合梁负弯矩区的受力性能,计算结果和试验结果吻合良好,验证了模型的有效性。对混凝土强度、钢箱梁顶板、腹板以及底板的厚度等影响连续组合梁的主要参数进行分析,分析结果表明:通过增加钢箱梁腹板和底板的钢板厚度,能有效提高部分充填式窄幅钢箱-混凝土连续组合梁的极限承载力和刚度。     

静水压力下混凝土断裂韧度率相关性分析

基于裂缝中有、无水压的混凝土三点弯曲梁断裂试验,研究了加载速率对裂缝中有、无水压力混凝土双K断裂韧度的影响.试验加载速率为2×10-3、2×10-2、2×10-1、2 mm/s.基于新型裂缝密封装置在混凝土梁的裂缝中形成0.3 MPa水压力,并开展了24组无水压的混凝土梁和12组含水压的混凝土梁断裂试验.拟合试验结果,建立了基于名义起裂荷载率和临界裂缝扩展率的混凝土双K断裂韧度的率相关性模型.对比分析得到,起裂断裂韧度的率相关性与水压力无关但是失稳断裂韧度的率相关性与水压力有关,加载速率的增加导致裂缝中含水压的混凝土的失稳断裂韧度的增量较无水压混凝土显著增加.     

结构抗连续倒塌试验方法研究

结构抗连续倒塌试验是认识结构连续倒塌性能和特点的重要基础。分析和比较了平面框架和空间框架两类试验模型的特点,讨论了钢筋混凝土框架结构、钢框架结构和网架等大跨空间结构抗连续倒塌试验的初始失效构件模拟、加载方案、加载制度、构件失效准则和连续倒塌破坏准则。     

起始点逐层等角度移动时3D打印混凝土圆管可连续打印高度

为研究 3D 打印混凝土圆管可连续打印高度随打印路径等参数变化的规律，开展了打印条带质量测试研究，确定了合适的混凝土材料配合比及打印速度；通过无侧限单轴抗压试验和直接剪切试验，研究了早龄期 3D 打印混凝土本构模型；设计了起始点沿周向逐层等角度移动时圆管的4种打印方案，完成了圆管连续打印高度的试验研究；采用生死单元法对打印过程中圆管的受力进行了有限元模拟。结果表明：建立的基于摩尔库伦屈服准则的早龄期 3D 打印混凝土本构模型与试验数据吻合较好；采用 120°等角度移动方案的圆管可连续打印层数最多，为 24 层，较起始点不移动的方案提高了50%；提出的考虑每层条带结合处薄弱特性的有限元建模方法较为准确，模拟得到的圆管变形、失效模式等结果与试验结果吻合较好，可连续打印层数的模拟相对误差在10%以内。     

再生混凝土单轴受压疲劳性能

完成再生粗骨料取代率为100%的再生混凝土单轴受压疲劳试验,着重考察在疲劳荷载作用下的应变响应和疲劳损伤累积。基于文献中普通混凝土受压疲劳性能研究成果,对比分析再生混凝土与普通混凝土的疲劳性能差异,发现再生粗骨料附着老砂浆、再生混凝土中多界面等特点没有引起两种混凝土疲劳性能的显著区别。进一步研究残余应变和疲劳应变的变化情况,并对再生混凝土的疲劳模量与裂纹的扩展进行分析,建立疲劳失效过程与应变响应行为之间的关系,揭示再生混凝土的疲劳损伤演化过程。基于试验结果和连续损伤力学,提出一个再生混凝土损伤模型,可用来对再生混凝土疲劳性能进行理论和数值分析。     

约束混凝土有限元模型(Ⅰ)——D-P塑性模型

利用试验观察和数值计算结果,首次对Drucker-Prager混凝土塑性模型预测约束混凝土性能的能力进行评估。评估结果显示,D-P塑性模型可成功预测FRP-约束及其他被动约束混凝土的性能,但必须进行修正使其具备如下3个特点:a.考虑三维应力的屈服准则。b.基于约束压力的硬化/软化准则。c.不仅取决于约束压力,且取决于约束压力的增长速度。目前的D-P模型均不包括上述3个特点,因此,无论是对主动约束还是被动约束(FRP约束),采用此模型都不能精确预测混凝土的性能。随后提出包括上述3个特点的D-P修正模型。采用所提模型对主动约束和被动约束混凝土性能进行数值预测,并与试验结果进行对比,两者基本吻合。最后,分析了所提塑性模型的局限性,这些问题将在相关论文的改进塑性破坏模型中进行探讨。     

混凝土抗折强度尺寸效应的试验研究

为研究强度等级变化对混凝土材料抗折强度尺寸效应的影响,完成54组试件的抗折试验,获得试件尺寸为70 mm×70 mm×310 mm、100 mm×100 mm×400 mm和150 mm×150 mm×550 mm,强度等级为C20、C40以及C60混凝土试件的抗折强度。通过对试验结果进行回归分析,得到不同强度等级、不同尺寸试件抗折强度之间的关系。对混凝土抗折强度的尺寸效应进行较系统研究,并应用Bazant尺寸效应理论和在光滑表面裂纹起裂处失效的尺寸效应理论分析材料尺寸效应现象。结果表明:各强度等级的混凝土试件均存在尺寸效应现象;强度等级提高,试件的尺寸效应越明显;Bazant基于能量释放引起的尺寸效应理论和在光滑表面裂纹起裂处失效的尺寸效应在本尺寸范围内与试验结果吻合较好,但不适用于全尺寸范围;提出的基于能量释放的修正尺寸效应率能够较好地适用于混凝土抗折强度尺寸效应的预测。     

Continuous printed height of 3D printing concrete circular tube with equiangular movements of starting point

为研究 3D 打印混凝土圆管可连续打印高度随打印路径等参数变化的规律，开展了打印条带质量测试研究，确定了合适的混凝土材料配合比及打印速度；通过无侧限单轴抗压试验和直接剪切试验，研究了早龄期 3D 打印混凝土本构模型；设计了起始点沿周向逐层等角度移动时圆管的4种打印方案，完成了圆管连续打印高度的试验研究；采用生死单元法对打印过程中圆管的受力进行了有限元模拟。结果表明：建立的基于摩尔库伦屈服准则的早龄期 3D 打印混凝土本构模型与试验数据吻合较好；采用 120°等角度移动方案的圆管可连续打印层数最多，为 24 层，较起始点不移动的方案提高了50%；提出的考虑每层条带结合处薄弱特性的有限元建模方法较为准确，模拟得到的圆管变形、失效模式等结果与试验结果吻合较好，可连续打印层数的模拟相对误差在10%以内。     

关键柱失效后组合框架抗倒塌试验研究及理论分析

通过一榀四跨单层钢-混凝土组合框架试验研究,分析中柱失效后结构体系的抗倒塌性能。试验结果表明：中柱失效后,组合框架的连续倒塌过程分为6个阶段,即弹性阶段、弹塑性阶段、压拱阶段、塑性阶段、过渡阶段及悬链线阶段,结构主要通过塑性铰机制和悬链线机制进行内力重分配;组合梁可以保证悬链线作用的形成,其特有的压拱效应可在一定程度上提高结构关键柱失效初期的承载能力;根据现行规范设计的组合框架在关键柱失效后仍具有较高的承载力,具有一定的抗倒塌能力。同时采用ABAQUS建立了试验试件的有限元分析模型,有限元分析结果和试验结果进行对比,验证了有限元分析结果的正确性。针对组合框架中的压拱效应进行分析,并结合试验现象提出一种新的“桁架弹簧”压拱模型,推导了竖向位移-荷载相关计算式及竖向位移-水平位移相关计算式,计算式计算结果与试验结果吻合良好。     

采用三维有限元模型的高耸结构连续倒塌分析

利用通用有限元软件ABAQUS,建立一栋20层建筑的三维有限元模型,并进行连续倒塌分析。用壳单元和梁单元模拟整体结构,考虑材料非线性和几何非线性。详细说明了建模过程,计算结果与试验数据很吻合。利用此模型,详细评估不同结构不同柱突然失效时的性能。此模型准确反映了柱突然失效时结构的整体性能,为连续倒塌研究提供了辅助设计指导。