混凝土材料的非线性单轴动态强度准则

在混凝土材料单轴动态强度试验研究成果的基础上,提出了混凝土材料强度增长幅值的动力增长因数与对数应变速率之间关系的微分方程,进而建立了混凝土材料的非线性单轴动态强度准则,即J准则。在此基础上,通过引入强度增长幅值的最大动力增长因数,将J准则改进为能描述混凝土材料动态峰值强度特性的S准则。利用国际上已取得的混凝土材料单轴动态强度试验结果对J准则和S准则进行了验证,并与双线性动态强度准则比较,表明J准则与S准则都可较好地描述混凝土材料的非线性动态强度特性,J准则和S准则材料参数少,具有统一的表达式,强度曲线连续光滑,且S准则可反映混凝土材料单轴动态极限强度。     

混凝土三轴动态强度准则

动态荷载作用下,混凝土材料存在着明显的率相关性,建立混凝土材料在动态荷载作用下的三轴动态强度准则具有重要的科学意义。本文在广义非线性强度理论的框架下,结合混凝土材料的非线性单轴、双轴动态强度特性,推导了广义非线性强度理论材料参数的率效应公式,从而得到了考虑率效应的混凝土材料的三轴动态强度准则。双轴情况下,所建立的动态强度准则与动态试验数据吻合较好;根据混凝土材料强度参数的率效应公式,探讨了混凝土材料的多轴非线性强度特性。     

基于统一强度理论的高强混凝土强度准则

通过对几种双剪强度准则破坏面特征的分析,发现双剪剪应力型材料四参数统一强度理论和非线性统一强度理论具有描述高强混凝土多轴强度特性能力,在此基础上利用现有的多组高强混凝土的单轴抗拉强度、单轴抗压强度、双轴等压强度或常规三轴压缩强度试验结果确定以上两种强度准则中的材料参数,对二轴受力、常规三轴受力和真三轴受力状态的高强混凝土试验数据进行拟合分析,并与其他破坏准则进行了比较。结果表明:上述两种强度理论中剪应力型材料四参数统一强度理论与试验数据吻合较好,可描述常规三轴压强度随着围压增加的非线性特性,以及真三轴强度随中间主应力变化的整体趋势。该准则较其他常用混凝土准则描述效果也相对理想,参数b在[0,0.3]范围取值可获得较小的拟合偏差。此外,利用归一化方法对现有大量试验数据进行处理,以准则破坏面与所有试验点的偏差最小为优化判据,为该准则确定了一套普遍适用于高强混凝土的材料参数值。在缺少标定参数的试验成果时,可采用该普适参数初步确定高强混凝土的强度准则。     

泡沫混凝土材料静、动力特性试验研究

作为一种轻质高强材料,泡沫混凝土常用于滨海道路工程,结构承受着自重、波浪及交通载荷等多种静、动荷载作用。通过一系列静、动力三轴试验,研究了泡沫混凝土材料在静、动力加载条件下的变形与强度特性,并探讨动载历史对材料强度的影响。试验结果表明:泡沫混凝土在静压荷载作用下的变形发展呈现出先弹性后塑性的特点,其静力抗压强度约为1 040 kPa;当动力荷载幅值较小时,泡沫混凝土变形将逐渐趋于稳定,且动弹性模量随应变增长变化较小;而当循环荷载幅值较大时,材料将发生动力破坏。此外,随着先期动力荷载幅值的增大,泡沫混凝土的静力抗压强度先增大后减小。研究结果揭示了泡沫混凝土材料在静、动荷载作用下的工作机理,可对类似工程的应用提供参考。     

混凝土单轴动态压缩特性试验研究

大连理工大学研制的大型静动态电液伺服三轴试验系统,对立方体混凝土试件在不同应变速率下进行单轴动态压缩试验,分析研究了混凝土材料在不同应变速率下的强度与变形特性。在试验基础上给出了混凝土动态抗压强度、弹性模量与应变速率之间的经验公式。     

混凝土材料的广义非线性强度理论

在广义非线性强度理论的框架下,结合混凝土材料的力学特性,将混凝土材料的强度特性分解为相互独立的四个方面分别描述,进而建立了混凝土材料的广义非线性强度理论。该理论在主应力空间的偏平面上涵盖了从下限SMP曲线到上限Mises圆之间的所有区域,子午面上的破坏曲线为幂函数形式;共有四个材料参数,均具有明确的物理意义,并给出了参数的确定方法。通过与国内外学者已取得的四组混凝土材料的真三轴试验结果比较,表明了本文提出的混凝土材料的广义非线性强度理论可用于多种混凝土材料,合理计算其多轴强度。     

仿真混凝土不同龄期单轴动态压缩全曲线试验研究

通过系列试验研究仿真混凝土动态受压特性,为高坝模型动力试验提供相关材料参数。在应变速率范围内对5种不同养护时间的仿真混凝土试块进行单轴压缩试验研究。通过试验得到仿真混凝土单轴受压应力-应变全曲线,建立曲线基本方程,分析关键龄期范围内峰值应力、峰值应力处应变、弹性模量的率相关性,对动态抗压强度、弹性模量分别给出反映应变率影响的经验公式。通过与混凝土率相关特性以及破坏形态的对比,得出结论:仿真混凝土单轴受压特性在弹性阶段和非弹性阶段都与混凝土具有相似性,适合用于研究混凝土坝动力损伤或者破坏阶段模型试验。更多还原     

基于Ottosen模型的混凝土多轴动态强度准则

由于混凝土材料的率敏感特性,不同应变率水平下混凝土结构的承载力、刚度具有不同的变化机理。在地震作用下,除了考虑混凝土结构承受的复杂应力之外,应变率也是分析混凝土动态强度变化规律不可忽略的因素,若依然使用单轴拉、压、剪强度理论对工程进行设计和计算,可能会对大型结构的建设和使用带来危险。基于Ottosen静态强度准则模型,结合大量不同强度等级混凝土多轴静、动强度试验结果,建立了一种考虑应变率效应和混凝土强度等级两个因素的混凝土多轴动态强度准则。分析表明该强度准则符合混凝土破坏曲面连续、光滑、外凸等要求,能较好地反映普通混凝土的多轴动态强度变化规律,而且只需要通过几个特征点就能得到,形式简单,便于实际工程应用。     

塑性混凝土立方体和圆柱体试件的力学特性数值模拟研究

为研究塑性混凝土立方体和圆柱体试件力学特性的差异,采用 FLAC3D 有限差分软件模拟了塑性混凝土单轴压缩试验,数值模拟得到的塑性混凝土单轴应力 - 应变关系与试验结果基本一致,说明采用 FLAC3D 开展塑性混凝土力学特性数值分析是可行的。在此基础上,分别开展了立方体和圆柱体塑性混凝土试件的三轴试验数值模拟,获得了塑性混凝土试件应力 - 应变曲线、峰值强度和峰值应变,并分析了两种试件位移云图。研究表明在相同参数下立方体试件峰值强度普遍比圆柱体试件偏大,峰值强度随着围压近似线性增长。     

三种Mohr强度准则的对比分析

简述了Mohr-Coulomb强度准则、抛物线型Mohr强度准则和双曲线型Mohr强度准则,并采用3种高应力下岩石的真三轴试验结果对这3种强度准则进行对比分析。研究结果表明在高应力条件下,硬岩的试验值与Mohr-Coulomb强度准则和双曲线型Mohr强度准则的预测值均比较接近。Mohr-Coulomb强度准则是线性强度准则,双曲线型Mohr-Coulomb强度准则是非线性强度准则,因此,可认为双曲线型Mohr强度准则更适合用于描述高应力条件下岩石的强度变形特征。     

混凝土动态双轴强度探讨

本文根据单轴和等压双轴的动态强度的特性,提出用一抛物线方程和双曲线方程来模拟拉-压区和压-压区的强度变化规律,方程的参数是单轴动态强度的函数.在拉-压区和压-压区分别推导出混凝土的动态强度.建立了完整的混凝土静、动态双轴强度包络线.为了得到一致的动态强度准则,建立了统一静态应变率下的混凝土动态单轴抗压强度和动态单轴抗拉强度与应变率的关系式,并根据已有的试验结果,建立了类似的等压双轴动态强度变化关系式,以用于双轴动态强度预测.根据本文方法得到的包络线在拉-压区和压-压区连续光滑,预测的动态双轴强度与已有的试验结果吻合较好,可作为工程实际应用的参考值.     

三级配大骨料混凝土双轴抗压性能试验分析

利用自行研制的大型混凝土静、动三轴试验系统,完成了5种应力比、4种应变率、3种含水状态（干燥、自然、饱和）的三级配大骨料混凝土双轴动态抗压试验。试验研究了含水率对三级配大骨料混凝土动态极限抗压强度的影响,并在此基础上提出考虑含水率影响的大骨料混凝土动态破坏准则。研究表明,饱和混凝土试件在高应变率下的强度明显提高,而在低应变率下强度则有所降低。在相同应变率下,极限抗压强度在应力比为1∶0.5时达到最大值。影响三级配大骨料混凝土试件破坏形态的主要因素为应力比,其动态极限抗压强度随含水率的增大而增大,而静态极限抗压强度随含水率的增大而减小;单轴受压状态下的变形明显小于双轴受压,试件的峰值应变随应变率的增大而减小。     

全级配混凝土冻融循环后单轴动态抗压性能试验研究

为研究冻融及动力作用对全级配混凝土单轴抗压性能的影响,对全级配混凝土进行不同冻融循环次数(0、25、50、75、100次)的冻融循环试验及不同应变速率(10-5/s、10-4/s、10-3/s、10-2/s)的单轴动态抗压试验。实测了全级配混凝土经历不同冻融循环次数后的质量损失、损伤形态,以及不同应变速率下全级配混凝土的单轴动态极限抗压强度、应力-应变关系曲线。研究结果表明:全级配混凝土质量损失率与冻融循环次数呈二次曲线关系;在相同应变速率下,全级配混凝土单轴动态极限抗压强度随冻融循环次数的增加而降低;在相同冻融循环次数下,全级配混凝土单轴动态极限抗压强度随应变速率的增大而提高。对试验结果分析的基础上,建立了综合考虑冻融循环次数与应变速率影响的全级配混凝土的统一破坏准则,可为水工建筑物的设计、维修等提供试验及理论依据。     

真三轴应力下混凝土的动态力学性能及破坏准则

为研究混凝土结构处于复杂应力状态下的静动态力学特性,进行了不同应力比及加载速率下的真三轴压缩试验。对混凝土的强度特性和变形特性展开了深入分析,并基于八面体应力空间建立了考虑应变速率效应的真三轴动态破坏准则。结果表明:真三轴受压下的混凝土极限抗压强度随着应力比的增大而增大。随着应变速率的增加,应力比较低时,混凝土的极限抗压强度逐渐增大;应力比较高时,极限抗压强度先减小后增加。随着应变速率的增加,侧向变形曲线的破坏峰值点更明显;随着应力比的增大,侧应力较大方向上的变形越来越小。基于八面体应力空间建立的真三轴动态破坏准则表达式中包含3个率效应参数,经验证与试验数据吻合较好。     

冻融环境下水工碾压混凝土单轴动态抗压性能研究

为研究冻融循环和加载应变率对水工碾压混凝土抗压力学性能的影响,通过室内模拟碾压混凝土坝工程配合比和施工工艺制备碾压混凝土试件,开展不同冻融循环次数（0、25、50、75次）下的冻融试验和不同加载应变率（10?5/s、10?4/s、10?3/s、10?2/s）下的单轴压缩试验,分析碾压混凝土冻融表观特征及加载破坏形态,研究冻融循环次数和加载应变率对抗压力学性能的影响规律;并基于多元回归分析方法,构建抗压强度、峰值应变、应力-应变曲线与冻融循环次数和加载应变率的相关关系。结果表明:碾压混凝土抗压强度与加载应变率呈线性增强关系,与冻融循环次数满足二次多项式的劣化关系;峰值应变与加载应变率满足二次多项式的降低关系,与冻融循环次数满足二次多项式的增长关系。通过全应力-应变拟合曲线与试验曲线的比较发现,在研究的应变率和冻融循环次数范围内,二者吻合较好。     

混凝土直拉、劈拉、弯拉强度关系的试验与仿真研究

为研究混凝土直拉、劈拉、弯拉强度关系,本文采用静动力试验和数值仿真方法进行对比研究。静力试验中使用液压伺服机完成轴向拉伸、劈裂抗拉和弯曲试验,得到3种抗拉强度关系。试验结果表明直拉强度和劈拉强度相近,低于弯拉强度,符合基于大量试验结果总结的经验关系。数值研究基于混凝土细观颗粒元模型对不同抗拉强度进行仿真,数值结果和试验结果符合良好,并证明受拉断面受力不均匀是弯拉强度高于直拉和劈拉强度的原因。此外,基于该模型进行不同速率的动力加载,得到直拉、劈拉和弯拉强度的率效应——动力增强系数,并和相应的动力试验结果进行了对比。弯拉强度的应变率效应高于直拉和劈拉强度,原因是在动力弯曲试验中动能、摩擦能等其他耗能大幅增加。     

不同冻融循环次数混凝土单轴压缩试验

为研究冻融循环作用对混凝土力学性能的不利影响,分别对混凝土进行0,10,25,35和50次快速冻融循环,并利用10 MN大型多功能动静力三轴仪对混凝土历经40%f_c的荷载历史作用后(f_c=40 MPa为普通混凝土单轴抗压强度),以10-4/s的应变速率进行单轴压缩试验,得到冻融循环后混凝土的单轴抗压强度,并分析其损伤演化规律与破坏机理。结果表明:随着冻融循环次数的增加,历经相同加载历史作用后的混凝土的单轴抗压强度逐渐降低,且峰值应力随冻融循环次数的变化呈二次曲线关系;选用修正后的Weibull-Lognormal分段式损伤本构模型,经验证能够较好拟合冻融劣化混凝土历经荷载历史作用后单轴应力应变曲线;此外,冻融循环次数越多,对混凝土造成的损伤程度越大,在损伤发展的后期阶段,冻融程度较大的混凝土损伤路径大幅度延长且趋于扁平化,直至进入破坏阶段。