考虑不同强度钢材动态本构模型差异的钢管混凝土侧向抗冲击性能有限元分析

材料高强化是现代建筑结构的趋势,而采用普通结构钢的动态本构模型直接推演高强钢管混凝土构件的动态力学性能将会带来较大的偏差。为此,讨论了不同强度结构钢的应变率效应及其动态本构模型,并在有限元模型验证的基础上进行圆形与方形截面钢管混凝土侧向抗冲击性能的有限元分析,考察钢材强度与动态本构模型差异的影响。研究表明,随着钢材强度的提高,钢管混凝土的侧向抗冲击性能增强,但与采用不同强度等级钢材的实际动态本构模型相比,采用普通强度钢材模型直接推演分析高强钢管混凝土构件的动态力学响应,会高估钢管混凝土构件的冲击力平台值而低估其跨中位移,即高估钢管混凝土构件的抗冲击性能,且这一高估现象亦会随着钢材强度与冲击能的增大而更加显著。对于受撞后果为中等及高危程度的钢管混凝土构件,需进行精细化有限元分析评估其抗冲击性能。     

钢纤维增强混凝土动态力学性能及HJC本构模型参数标定

探讨了不同体积掺量钢纤维和镀铜钢纤维对混凝土动态力学性能的影响,以及标定本构模型参数对钢纤维混凝土和镀铜钢纤维混凝土的适用性。在高强混凝土中掺加0.5%、1%、1.5%体积掺量的钢纤维制备7组试件,分别进行静态力学性能试验和分离式霍普金森压杆试验（SHPB）,基于静态、动态力学结果修正Holmquist-Johnson-Cook（HJC）本构模型参数,并利用有限元分析软件验证HJC模型参数的有效性。结果表明,在0.5%、1%、1.5%体积掺量下,混凝土动态峰值抗压强度随纤维掺量的增加而提高。标定的HJC模型对钢纤维混凝土的动态峰值抗压强度预测效果良好,模拟得到的应力-应变曲线与SHPB试验结果大致吻合。以侵蚀准则模拟得到动态冲击试验试件破坏过程,为钢纤维混凝土的抗冲击设计提供参考。     

干湿循环腐蚀环境下混凝土墩柱的抗侧向冲击性能

为了研究受损混凝土墩柱在冲击作用下的动力响应及破坏形式,基于受损墩柱抗侧向冲击破坏试验进行了其抗冲击性能的数值模拟分析。通过修改关键字文件(.key文件)继承上一次冲击的损伤,实现对受腐蚀钢筋混凝土墩柱的连续多次冲击的模拟。分析表明:在几何模型上预设了顺筋初始锈胀裂纹,该几何模型能够较好反映混凝土墩柱由于氯离子腐蚀和干湿循环腐蚀造成的初始环境损伤;HJC本构模型、脆性损伤本构模型、盖帽本构模型和混凝土损伤本构模型等4种常用混凝土动态本构模型的数值模拟结果与试验结果基本吻合。     

往复荷载下混凝土本构模型的选择在ABAQUS中的应用

对ABAQUS有限元软件中的混凝土模型进行简要介绍,通过选用几种具有代表性的混凝土本构,对往复荷载下的混凝土应力-应变关系进行数值模拟,将模拟结果同试验结果进行比较,探讨适用于ABAQUS有限元软件的用于模拟往复荷载的混凝土本构模型。在比较分析的基础上,选用同试验吻合情况良好的Mander混凝土本构模型及用于模拟钢管混凝土的韩林海模型对钢管混凝土叠合柱构件和钢管混凝土柱-钢梁连接节点构件进行滞回性能模拟。模拟结果表明所选混凝土本构适用于模拟含混凝土材料的构件在往复荷载下的混凝土力学性能,可供研究参考。     

圆钢管混凝土受压短柱试验研究及有限元仿真分析

通过对基于不同长细比的圆钢管混凝土短柱的受压力学试验,对其破坏现象及机理进行了分析;探讨了长细比对该类构件力学性能的影响规律,同时分析了该类构件中钢管对核心混凝土的约束作用。建立三维精细有限元模型,比较分析了数值模拟结果和试验结果,并确定了钢管及混凝土的破坏准则和其本构关系的合理性,从而为该类构件的设计提供了可靠的理论依据。     

几种常用混凝土动态损伤本构模型评述

描述了混凝土抗冲击数值模拟中常用的几种混凝土动态损伤本构模型,包括HJC、RHT、LLNL、Marlvar及TCK本构模型.在此基础上,从动力本构模型的极限面定义、损伤定义、状态方程、应变率强化效应及模型参数标定方面综合分析和评述了各本构模型.对于混凝土抗冲击问题的数值模拟及混凝土动态损伤本构研究具有参考意义.     

外钢管对钢管混凝土柱抗撞击性能影响的有限元分析

利用ANSYS和ABAQUS两种有限元软件建立了钢管混凝土柱在侧向撞击下力学性能的有限元分析模型,模型得到的计算结果均与已有试验结果的吻合度较高。采用建立的有限元计算模型进行了钢管强度对钢管混凝土在侧向撞击力作用下冲击力时程和侧向位移的影响分析,探明了钢管强度对构件抗撞击性能的影响规律。     

钢管超高性能混凝土柱耐火性能数值模拟与理论分析

为研究钢管超高性能混凝土在标准火灾下的受力性能和破坏机理,建立了钢管超高性能混凝土柱的耐火有限元模型,并重点对比分析了超高性能混凝土与部分其他类型混凝土的热工参数及高温下本构关系的不同对构件温度和耐火极限等的影响,结果表明:钢管超高性能混凝土构件的核心混凝土温度明显高于相应的普通钢管混凝土或钢管高强混凝土构件的核心混凝...     

简支钢管混凝土构件侧向冲击挠度的数值模拟

介绍了用LS-DYNA3D显式有限元程序，通过建立简支钢管混凝土模型，分析研究了钢管混凝土构件受到侧向冲击物冲击时，钢管混凝土侧向变形的影响因素及其变化规律。     

侧向冲击作用下圆钢管混凝土构件的数值模拟分析

首先利用LS—DYNA程序对一圆钢管混凝土构件落锤冲击试验进行数值模拟;然后对1根两端固支的钢管混凝土构件在侧向冲击作用下的动力响应进行分析,模拟过程中混凝土采用能较好模拟复杂试验结果的CONCRETE_DAMAGE_REL3模型,钢管采用随动硬化模型,同时通过共用节点方法模拟钢管和混凝土之间的相互作用,通过面面接触方式模拟冲击体与构件之间的接触作用;最后对两端固支的钢管混凝土构件在不同条件下的动力响应进行比较和分析,得到了冲击体动能、冲量对构件变形、支座和跨中内力的影响。结果表明：试验结果与数值模拟结果符合较好,采用该数值模拟方法可以很好地模拟圆钢管混凝土构件在侧向冲击荷载作用下的动力响应。     

基于CSC模型的UHPC构件侧向低速冲击分析

超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)较普通混凝土具有更优异的强度、韧性和耐久性,广泛应用于桥梁墩柱和建筑承重柱,而上述构件存在车(船)、滚石等侧向低速冲击的潜在威胁,为此,针对UHPC梁/柱构件在侧向冲击下的损伤破坏和动态响应进行数值仿真分析。现有商用模型中广泛采用的混凝土动态本构模型均基于普通混凝土开发,如混凝土损伤(K&C)模型和混凝土连续面帽盖(CSC)模型等。基于作者前期开展的UHPC单轴拉/压、三轴压缩和Hopkinson杆动态拉/压试验,以及已有UHPC双轴等压和静水压试验数据,系统标定了UHPC材料CSC模型的强度面、帽盖、损伤、应变率和硬化参数,给出了一组适用于UHPC的CSC模型参数确定方法。进一步基于LS-DYNA商用有限元分析软件,对已有四组钢管UHPC梁和钢筋UHPC梁/柱构件的落锤冲击试验进行数值模拟,通过对比落锤冲击力、梁/柱动态挠度响应和破坏模式,验证了所提出的CSC模型参数计算方法的适用性和正确性。同时,对冲击过程中刚性落锤与构件之间的作用过程及能量耗散进行了讨论。结果表明：平头落锤冲击下构件经历了惯性抵抗、变形响应、构件回弹和脱离四个阶段;球头落锤冲击构件的惯性抵抗阶段不明显;随着冲击能量的提高,钢管(筋)耗能占比逐渐增大。     

关于混凝土HJC本构损伤模型的几点探讨

运用非线性动力分析软件15-DYNA,选用111#材料模型-HJC动态损伤本构模型,对混凝土SHPB试验进行数值模拟,探寻HJC模型部分材料参数的意义以及模型本构.数值模拟结果表明:在选用HJC动态本构模型模拟混凝土SHPB实验中,试样处于三向应力状态,在一维效应影响的同时还存在惯性效应的影响.材料参数A、B、C、N、D各自在不同的方面对屈服而的形状产生着影响.     

约束混凝土实用本构关系模型

探讨了约束混凝土的受压性能,分析了钢管约束混凝土及箍筋约束混凝土侧向约束力的作用机理.基于双剪统一强度理论并结合钢管约束混凝土及箍筋约束混凝土轴压试验数据,建立了约束混凝土统一的峰值应力和峰值应变计算公式,并对其进行了验证.与中国现行规范相结合,提出了约束混凝土统一的实用应力-应变本构关系模型,并与试验曲线进行了对比.结果表明:所提出的峰值应力和峰值应变计算公式以及本构关系模型更加精确,并且简单实用,可用于多种约束混凝土构件的非线性分析.     

圆钢管混凝土轴压短柱弹塑性全过程分析

钢管混凝土短柱在轴心受压下的力学性能作为钢和混凝土组合结构的一个基本力学问题历来受到国内外学者的广泛关注。基于钢管混凝土构件中钢管与核心混凝土相互作用,采用Xiao提出的约束混凝土八面棱柱体应力-应变本构模型及相应的破坏和流动准则,结合经典塑性力学中钢材的各向同性线性强化模型,采用增量法对钢管混凝土轴压短柱进行全过程非线性力与变形分析。研究了钢管和混凝土在整个受力过程中的不同状态,考虑了16种钢管和混凝土之间的约束情况,利用Visual Basic语言编写计算程序计算输出各分类情况下钢管和混凝土在每一增量步下的应力和应变增值。通过与已有试验数据进行比较验证了所提出方法的有效性。     

钢管再生混凝土构件受力机理研究

在确定钢管与核心再生混凝土本构关系模型的基础上,采用有限元法对钢管再生混凝土轴压短柱、纯弯构件和压弯构件的破坏模态和荷载-变形关系曲线进行全过程分析,揭示出受力过程中钢管与核心再生混凝土截面应力分布规律及钢管与核心再生混凝土之间的相互作用,较为深入地认识了静力荷载作用下钢管再生混凝土构件的工作机理。     

矩形钢管混凝土受弯构件材料本构关系与失效判据研究

为了正确评估矩形钢管混凝土(CFST)受弯构件的承载力,提出钢管和核心混凝土材料本构关系的修正模型,建立CFST受弯构件的承载力失效判据。首先,考虑受拉区钢管双轴受拉有利应力状态及受压区钢管双轴拉压不利应力状态,并基于矩形CFST轴压短柱试验数据库,通过回归分析建立约束混凝土峰值应力表达式,在此基础上建立矩形钢管混凝土材料本构关系的修正模型。其次,基于构件承载能力极限状态,并合理考虑受拉区钢管的应变强化段,提出矩形CFST受弯构件的承载力失效判据。最后依据纤维模型法和试验数据库对比分析CFST受弯构件的不同材料本构关系和失效判据的精度及适用性。结果表明,所建立的CFST构件材料本构关系和承载力失效判据能够更加准确地反映矩形CFST构件的抗弯能力,具有更高的计算精度和广泛的适用性。     

配筋钢管混凝土短柱受力性能分析

在给定的混凝土、钢材和钢筋三轴本构关系模型的基础上，应用连续介质力学的方法，对配筋钢管混凝土柱常温下的力学性能进行了分析，导出配筋钢管混凝土柱承载力的理论计算公式，并用文献中的试验结果对公式进行校核，符合良好。     

基于破坏线模型的离心钢管混凝土扭转极限承载力

在薄壁离心钢管混凝土构件扭转性能试验数据和离心钢管混凝土本构关系的研究基础上,针对离心钢管混凝土构 件在扭转性能试验塑性状态时钢管内离心混凝土发生约45°的脆性受拉破坏特性,提出了扭矩作用下离心钢管混凝土的 破坏线模型,由能量原理推出了管内混凝土的扭转刚度表达式,然后利用扭转刚度相等和边界条件将受压混凝土简化为 管内的等效螺旋加劲肋,提出了组合构件在纯扭转状态下极限承载力的简化计算公式。实例计算表明,本文提出的破坏线 模型其结果与他人研究成果和试验结果吻合较好。     

脱空缺陷对钢管混凝土滞回性能的影响分析

在充分考虑往复荷载下钢材的包辛格效应、混凝土损伤累积以及刚度退化的基础上,合理选择构件各部件的单元类型以及部件之间的接触模型,建立反复荷载下带球冠形脱空缺陷的钢管混凝土压弯构件的有限元模型。有限元算例结果表明,计算的破坏模态和侧向荷载(P)-侧向位移(Δ)滞回关系曲线与试验结果总体上吻合良好。在此基础上,结合典型构件的有限元模型对带球冠形脱空缺陷的钢管混凝土压弯构件的滞回特性进行全过程分析,并对带球冠形脱空缺陷构件的钢管与混凝土之间的相互作用机理进行分析。     

用于分析钢管混凝土柱在轴力-扭矩复合作用下非线性反应的“分层筒”模型

为了弥补现有关于钢管混凝土柱抗扭性能分析理论的缺陷,建立了钢管混凝土柱在轴力-扭矩复合作用下全过程分析的分层筒理论模型。以几何方程、材料本构方程和平衡方程三大力学方程为基础,引入了截面扭率和各层筒的剪应变之间的线性剪应变分布假设,并结合已有的成熟的混凝土材料本构模型,使所采用的混凝土本构模型能够同时考虑钢管约束效应和混凝土受压软化效应。然后编制了钢管混凝土柱在轴力-扭矩复合作用下的全过程受力性能分析程序,并进行了充分的试验验证。提出的分层筒模型可为全面分析钢管混凝土柱的抗扭性能提供理论模型基础。