多类混凝土和各向同性岩石损伤比强度准则

针对已有损伤比变量下的损伤比强度理论仅适用于混凝土且偏平面略有内凹等不足,基于多轴应力下混凝土损伤比强度理论的一般形式,根据已有试验资料关于普通混凝土、再生骨料混凝土、轻骨料混凝土和各向同性岩石破坏包络面的特征,建议考虑Lode角和静水压力对受压损伤比影响以及考虑材料类型对受拉损伤比影响的六参数损伤比变量表达式,且损伤...     

多轴受力状态下再生混凝土的破坏准则及应力-应变本构关系研究

以再生粗骨料取代率、侧向围压值、时间龄期、再生骨料来源和混凝土强度等级为变化参数,设计68个试件进行三轴受压试验研究,观察了三轴受压状态下再生混凝土的破坏形态,揭示了其破坏机理,获取了三轴受压时的应力-应变全过程曲线、峰值应力、峰值应变、弹性模量等特征点参数。研究结果表明：随着围压值的增大,再生混凝土的破坏形态由垂直劈裂转变为斜向劈裂破坏,且与斜向劈裂面相交的粗骨料被剪断;单轴受压和侧向围压值σw≤9MPa时,再生混凝土发生脆性破坏;围压值σw≥12MPa时,再生混凝土为塑性状态破坏。最后,基于试验分析和普通混凝土的强度理论,分别采用莫尔-库仑破坏准则、π平面剪应力破坏准则以及Rendulic平面上的应力破坏准则从宏观的角度对再生混凝土材料的强度准则进行深入分析,并探讨了多轴应力状态下再生混凝土的应力-应变本构方程。研究结果可供再生混凝土的进一步研究和推广应用提供参考。     

高温喷水冷却后方与圆钢管混凝土柱轴压性能及损伤研究

为研究高温喷水冷却后方与圆钢管混凝土柱的力学性能及损伤演化差异,以截面形式、高温温度、混凝土强度、冷却方式为变量设计了方、圆钢管混凝土柱各14根,对其高温喷水冷却处理后进行轴压试验,对比方与圆钢管混凝土柱峰值应力、初始刚度、延性系数、耗能系数等力学性能指标。确定试件损伤程度,对比方与圆钢管试件损伤随温度的演化规律,以及剩余承载力与损伤的关系。结果表明：高温喷水冷却后,圆钢管试件峰值应力、延性、耗能能力更大;随温度升高,圆钢管试件剩余承载力退化更慢,而方钢管试件延性以及耗能能力提高更快;相对于圆钢管试件,喷水冷却对方钢管试件延性、耗能的影响更为明显;随温度升高,方钢管试件损伤发展更快,且剩余承载力随损伤发展下降更迅速。     

施工期混凝土重复荷载作用下的受压应力-应变关系

通过对不同龄期的施工期混凝土试件进行重复荷载作用下的受压试验,分析了龄期对混凝土受压应力应变全曲线特征参数的影响规律,提出了重复荷载作用下施工期混凝土的动力本构关系的计算模型,探讨了龄期、混凝土强度等级与本构关系计算模型各参数之间的关系.结果表明：随着龄期的延长,混凝土的弹性变形阶段延长,同一应力水平下混凝土的轴向变形减小,混凝土的峰值应力、初始割线模量和峰值点割线模量增加,峰值应变减小,外包络线上升段及下降段更陡峭.     

Research on mechanical behavior of recycled aggregate concrete after high temperatures

以历经最高温度、再生粗骨料取代率、粗骨料类型、混凝土强度为变化参数,设计和制作了168个再生混凝土标准棱柱体试件,对其进行高温后的物理及力学性能试验。试验中观察了高温后试件的表观变化及其受力破坏形态,获取了再生混凝土的高温烧失率以及各试件的轴心受压全过程应力-应变曲线,通过分析各变化参数对历经高温后再生混凝土的物理及力学性能的影响规律,根据最高受火温度和质量烧失率分别提出高温后再生混凝土轴心抗压强度评估公式。结果表明：随着温度的提高,高温后再生混凝土由青灰色变为棕灰色,最后呈灰白色,出现温度裂缝及剥落现象;烧失率随着温度的提高、取代率的增大和强度的降低而显著增大;温度对高温后再生混凝土破坏形态及力学性能的影响最大,温度越高,其轴心受压破坏时的裂缝带越宽,破坏程度越严重;随着温度的升高,其弹性模量的衰减程度要比峰值应力的大;相比卵石骨料再生混凝土,高温对碎石骨料再生混凝土力学性能的影响更为显著;混凝土强度和再生粗骨料取代率变化对高温后再生混凝土的力学性能无明显影响。基于试验结果提出的高温后再生混凝土轴心抗压强度的评估计算结果与实测结果吻合较好。     

Strength degradation of sandstone and granodiorite under uniaxial cyclic loading

Change in mechanical properties of rocks under static loading has been widely studied and documented. However, the response of rocks to cyclic loads is still a much-debated topic. Fatigue is the phenomenon when rocks under cyclic loading fail at much lower strength as compared to those subjected to the monotonic loading conditions. A few selected cored granodiorite and sandstone specimens have been subjected to uniaxial cyclic compression tests to obtain the unconfined fatigue strength and life. This study seeks to examine the effects of cyclic loading conditions, loading amplitude and applied stress level on the fatigue life of sandstone, as a soft rock, and granodiorite, as a hard rock, under uniaxial compression test. One aim of this study is to determine which of the loading conditions has a stronger effect on rock fatigue response. The fatigue response of hard rocks and soft rocks is also compared. It is shown that the loading amplitude is the most important factor affecting the cyclic response of the tested rocks. The more the loading amplitude, the shorter the fatigue life, and the greater the strength degradation. The granodiorite specimens showed more strength degradation compared to the sandstone specimens when subjected to cyclic loading. It is shown that failure modes of specimens under cyclic loadings are different from those under static loadings. More local cracks were observed under cyclic loadings especially for granodiorite rock specimens.     

An enhanced damage plasticity model for predicting the cyclic behavior of plain concrete under multiaxial loading conditions

Some of the current concrete damage plasticity models in the literature employ a single damage variable for both the tension and compression regimes, while a few more advanced models employ two damage variables. Models with a single variable have an inherent difficulty in accounting for the damage accrued due to tensile and compressive actions in appropriately different manners, and their mutual dependencies. In the current models that adopt two damage variables, the independence of these damage variables during cyclic loading results in the failure to capture the effects of tensile damage on the compressive behavior of concrete and vice-versa. This study presents a cyclic model established by extending an existing monotonic constitutive model. The model describes the cyclic behavior of concrete under multiaxial loading conditions and considers the influence of tensile/compressive damage on the compressive/tensile response. The proposed model, dubbed the enhanced concrete damage plasticity model (ECDPM), is an extension of an existing model that combines the theories of classical plasticity and continuum damage mechanics. Unlike most prior studies on models in the same category, the performance of the proposed ECDPM is evaluated using experimental data on concrete specimens at the material level obtained under cyclic multiaxial loading conditions including uniaxial tension and confined compression. The performance of the model is observed to be satisfactory. Furthermore, the superiority of ECDPM over three previously proposed constitutive models is demonstrated through comparisons with the results of a uniaxial tension-compression test and a virtual test.     

粗晶大理岩单轴压缩力学特性的静态加载速率效应及能量机制试验研究

 加载速率对岩石力学性质具有重要影响,影响的程度与岩石本身的微结构和加、卸载应力路径及状态等密切相关。基于静态加载速率范围内的9个不同等级应变率下粗晶大理岩单轴压缩试验,研究加载应变率对岩石的应力–应变曲线、破坏形态、强度、弹性模量及变形模量与应变能耗散及释放的影响规律,探讨岩石损伤演化的能量机制。根据总体积应变及裂纹体积应变与起裂及扩容应力的相关性,确定各应变率下岩石起裂及临界扩容应力。加载应变率大约以1×10－3 s－1为分界点,小于该值时应力–应变曲线峰值点附近仍存在一定的塑性屈服或流动段,超过该值后表现为“折线”型。随着加载应变率的增加,岩样破裂模式由张剪型逐渐过渡到张性劈裂甚至劈裂弹射。一般而言,起裂及临界扩容应力和峰值应力均随加载速率增大而增大,且起裂及临界扩容应力越接近峰值强度,但当应变率为1×10－4～1×10－3 s－1时,上述值均出现一个相对低值区间,这与粗晶大理岩的微结构特征相关。起裂应力、临界扩容应力、弹性模量及变形模量均与峰值强度线性相关。单轴压缩下峰前能量耗散量越多,强度越高,峰后可释放弹性应变能和释放速率越大,岩石的张性贯通破裂特性愈强,破裂块数越多。能量耗散使岩石损伤而强度丧失,而能量释放使岩石宏观破裂面贯通而整体破坏。     

混凝土多轴等幅疲劳性能研究

利用大型多轴疲劳试验机,进行了双轴拉-压、三轴拉-压-压等幅循环荷载作用下混凝土的疲劳性能研究.分析了不同侧压比、不同应力水平下混凝土的多轴等幅疲劳破坏形态、疲劳强度以及残余应变的变化规律,得到了应力水平-疲劳寿命(S-N)曲线及其表达式.结果表明:在等幅疲劳荷载下,混凝土多轴疲劳破坏形态与侧压比无关;残余应变呈三阶段发展规律,受侧压比影响较大,几乎与应力水平无关.定义相对残余应变为损伤变量,建立了损伤演变方程,为混凝土多轴等幅疲劳试验研究及疲劳损伤评价提供参考.     

湿筛二级配大坝混凝土双轴应力下的强度特性

采用大连理工大学自行研制的电液伺服三轴试验系统,结合溪洛渡大坝实际工程,对大坝湿筛二级配混凝土进行了单轴拉、单轴压、双轴拉压、双轴压压及双轴拉拉应力状态下的强度特性试验研究.在进行双轴拉压试验时,提出了一种新的加载方式,即双钢板-塑料毛刷组合连接方式.试验结果表明:该加载方式能使试件端部拉应力传递更加均匀,有效消除了拉端粘贴钢板对试件受压变形的约束作用,提高了试验精度,同时能大大提高试验效率;根据试验结果建立的双轴应力状态下的主应力空间破坏准则可以为大体积水工混凝土结构设计及非线性分析提供参考.     

火灾高温后混凝土剩余强度及本构方程研究

为了深入研究工程建设中几种C25～C40强度等级混凝土经历火灾高温后的力学性能变化规律,提出了相对精确的剩余强度计算方法和受压本构方程,以经历温度、混凝土强度等级、恒温时间为变化参数,设计并完成了120个棱柱体试件的轴压试验,分析了各变化参数对其峰值应力、轴压刚度及耗能能力的影响规律,并给出了相应的剩余强度计算公式和轴...     

Damage-constitutive model for seawater coral concrete using different stirrup confinements subjected to axial loading

Recently, the application of detrital coral as an alternative to natural aggregates in marine structures has attracted increased attention. In this study, research on the compressive performance of coral aggregate concrete (CAC) confined using steel stirrups with anti-rust treatment was experimentally conducted. A total of 45 specimens were cast, including 9 specimens without stirrups and under different strength grades (C20, C30, and C40) and 36 specimens under different strength grades (C20, C30, and C40). Moreover, three stirrup levels (rectangular, diamond-shaped compound, and spiral stirrups) and different stirrup spacings (40, 50, 60, and 70 mm) were used. Subsequently, the stress−strain curves of specimens subjected to axial loading were measured. The effects of the stirrup spacing and stirrup configurations on the stress and strain were investigated, respectively, and the lateral effective stress of the different stirrups was calculated based on the cohesive-elastic ring model and modified elastic beam theory. Moreover, a damage-constitutive model of CAC considering the lateral stress was set up based on damage mechanics theory. The results indicated an increase in the stress and strain with a decrease in the stirrup spacing, and the adopted stirrup ratio had a better strengthening effect than the different concrete grades, and the variation in the deformation was restricted by the performance of coral coarse aggregate (CA). However, an increment in the lateral strain was observed with an increase in the axial strain. The lateral stress model showed a good agreement with the experimental data, and the proposed damage-constitutive model had a good correlation with the measured stress−strain curves.     

不同加载速率下箍筋约束混凝土力学性能试验研究

为了研究箍筋约束效应和率相关效应对混凝土单轴受压性能的影响,采用MTS815试验机对一批设计强度等级为C30、C70混凝土的普通箍筋约束试件进行了单轴受压试验。选取4种不同的配箍等级,对每一种配箍等级试件分别进行加载应变率为10^-5、10^-2/s的试验,得到了相应的应力-应变全曲线。研究发现：混凝土单轴受压性能会受到配箍率、应变率和混凝土强度等级三者的共同影响;增大配箍率提高了约束混凝土试件的峰值应力、峰值应力对应应变和延性系数,当配箍率达到3.4%时,最大提高幅值比例约为1∶2∶4,但其弹性模量受到的影响可以忽略不计;增大加载应变率提高了约束混凝土试件的弹性模量、峰值应力和峰值应力对应应变,但其延性系数有所降低,当应变率达到10^-2/s时,上述特征值最大提高或降低幅值比例约为1∶5∶4∶4;箍筋约束效应与率相关效应相互耦合,当二者共同存在时,会削弱彼此对约束混凝土试件峰值应力、峰值应力对应应变和延性系数的提高或降低作用,当配箍率为0%~3.4%、应变率为10^-5~10^-2/s时,削弱幅值不超过60%,提高混凝土强度等级会增强该削弱作用,弹性模量受耦合效应的影响可以忽略不计。     

型钢混凝土异形柱正截面承载力试验及有限元分析

为研究型钢混凝土(SRC)异形柱的正截面承载力性能，设计22个试件进行静力和循环加载试验研究，分析其破坏机理。编写了计算机程序，利用程序分析了加载角、截面配钢形式、配钢率、混凝土强度等级以及柱肢高厚比等变化参数对SRC异形柱正截面承载力的影响，并与钢筋混凝土（RC）异形柱的正截面承载力进行对比分析。研究结果表明：SRC异形柱破坏形态表现为大偏心受压破坏、小偏心受压破坏和轴心受压破坏；截面应变基本符合平截面假定；加载角和截面配钢形式对正截面承载能力有显著影响，T形柱的薄弱加载方向是0°、90°和315°，L形柱的薄弱加载方向是90°和315°，十形柱的薄弱加载方向是0°，实腹配钢比空腹配钢试件的承载能力有明显提高；适当增加截面配钢率、混凝土强度等级以及柱肢高厚比均能有效提高SRC异形柱的正截面承载能力；当截面配钢率不大于6%时，SRC异形柱的承载力与普通的RC异形柱相比提高36%以上。     

自密实混凝土与钢筋局部黏结性能试验研究

自密实混凝土由于材料组分和免振捣的特点,其与钢筋黏结性能备受关注。采用电液伺服加载方法分别进行了10个单调荷载作用和10个重复荷载作用下的钢筋混凝土试件拉拔试验,其中16个为自密实混凝土试件,4个为普通混凝土对比试件,研究自密实混凝土强度、荷载作用形式对钢筋与自密实混凝土局部黏结性能的影响,包括局部黏结应力的分布、残余黏结应力等。试验结果表明：沿锚固长度黏结应力分布在单调荷载作用下呈单波峰状,而在重复荷载作用下呈波浪状;自密实混凝土强度越高,黏结应力分布越不均匀,各级荷载卸载时的残余黏结应力也较大;随着循环荷载和次数的增加,黏结应力分布更均匀,残余黏结应力逐渐向自由端移动;自密实混凝土与钢筋的黏结性能略优于普通混凝土与钢筋的黏结性能。采用最小二乘法得到钢筋与自密实混凝土局部黏结应力分布的位置函数并与试验结果对比,表明其具有较好精度。     

混凝土压缩断裂过程及尺寸效应的数值模拟

将混凝土视为由骨料、水泥砂浆及二者间的粘结带所构成的三相复合材料,利用蒙特卡罗方法生成混凝土随机骨料模型。在此基础上,采用双折线损伤演化模型描述混凝土细观各相单元的损伤退化。利用非线性有限元方法对湿筛、三级配、四级配混凝土试件的单轴受压破坏过程进行了数值分析,从而对试件的抗压强度进行了尺寸效应分析。研究结果表明,数值模拟所得的结果与试验结果表现出较好的一致性,混凝土的断裂主要发生在骨料与砂浆的粘结面上,裂纹沿平行于最大压应力的方向扩展。     

单轴静–动相继压缩下单裂隙岩样力学响应及能量耗散机制颗粒流模拟

 针对采矿岩柱体等的静–动相继单轴压缩受力特征,采用颗粒流数值模拟试验,探讨初始单轴静态压缩的细观损伤程度对单轴动态压缩下单裂隙岩样力学性质的影响规律,并阐述其能量耗散机制。静载初始损伤程度对后续动态压缩岩样应力–应变曲线形态的影响不大,损伤岩样具有较明显的峰前损伤和峰后裂隙贯通的渐进性突跃特征。相对于全程动态压缩而言,随着初始损伤的增强,岩样强度减小明显。但后续动态压缩对岩体强度的增加起主要贡献。随初始损伤的增强,裂隙尖端法向和切向破裂应力均略有减小。随着裂隙倾角的增大,裂隙尖端法向破裂应力明显减小而切向却明显增加。初始损伤程度并不改变后续动态应变率加载岩体的最终宏观破裂模式,但初始损伤变量越大,微裂纹数量越多且局部化程度越强。能量耗散与岩体细观损伤演化具有较好的相关性。初始损伤越强,吸收相对较小的能量即可达到峰值破坏但峰后耗散能越多。随着裂隙倾角的增大,峰值强度处耗散能和储存弹性应变能更多,峰后破碎程度越高。     

高强高性能混凝土在多轴压下强度与变形性能的试验研究

 利用大型静动真三轴试验机,进行高强高性能混凝土和普通混凝土在不同应力比下的单轴、双轴、三轴压强度与变形试验研究。多轴压试块尺寸为100 mm×100 mm×100 mm,减摩措施为3层黄油中间加3层塑料薄膜的减摩垫层,加载方式为单调比例加载。阐述试件的破坏形态和机制;测得多轴强度、峰值应变和应力–应变曲线,分析应力比对其影响规律;剖析2种混凝土多轴力学性能的差异。试验结果表明：多轴压下2种混凝土极限强度s 3f和峰值应变e 3p在所有应力比下都分别大于其单轴压强度¦c和峰值应变e cp,尤其是在三轴压下更为明显;而且s 3f和e 3p相对于¦c和e cp的提高倍数取决于混凝土的脆硬性、应力状态和应力比。建立在双轴压和多轴应力状态下的高强高性能混凝土和普通混凝土Kupfer-Gerstle和Ottosen破坏准则公式,为2种混凝土结构(如桥梁与隧道工程、地下工程、建筑工程等)在多轴压下的强度分析提供试验和理论依据。     

往复荷载作用下型钢再生混凝土界面黏结性能及影响因素分析

为研究往复荷载作用下型钢再生混凝土界面的黏结滑移性能,设计了14个型钢再生混凝土试件并对其进行往复加载试验,分析了型钢再生混凝土的黏结破坏过程,研究了其界面黏结应力分布,在此基础上考察了不同设计参数对型钢再生混凝土界面黏结强度的影响。结果表明：往复荷载作用下型钢再生混凝土界面的黏结破坏过程可分为4个阶段(微滑移阶段、滑移发展阶段、黏结力陡降阶段和残余阶段),对应4个受力特征点(微滑移点、黏结荷载极限点、残余点和破坏点);与单向推出荷载作用相比,往复荷载作用下试件的极限黏结强度最大降低40%左右;加载初期,在正向卸载和正向加载时,黏结应力峰值在固定端附近,且随型钢埋置长度的增大而逐渐减小;在负向加载和负向卸载时,加载端附近黏结应力逐渐变大,试件由两端向中间逐渐破坏;型钢再生混凝土的特征黏结强度随着再生混凝土取代率的增加而降低,随着型钢保护层厚度、体积配箍率和再生混凝土强度的增加而提高。最后建立了型钢再生混凝土的特征黏结强度计算式,并将计算值与试验值进行对比,两者吻合较好。     

关于三峡库区周边坡体岩石特性的考察

岩石强度的载荷速率相关性与岩石的时间相关性特性及粘弹性性质密切相关,而且强度的栽荷速率相关性越大,越容易发生蠕变破坏。对于坡体来说,如果构成坡体的岩石的时间相关性很显著．那么即使在比较低的应力下仅施加一点载荷,也容易发生变形。针对三峡库区周边滑坡多发,采集了组成滑坡坡体的4类主要岩石-泥岩、灰岩、泥质砂岩及砂岩。通过室内岩石力学强度试验,获得了不同岩石的强度特性曲线及表示载荷速率相关性的参数n。利用一个试件通过载荷速率交替变换获得了不同应变速率下的应力-应变曲线,从而根据强度的变化率不仅获得了峰值强度的载荷速率相关性,而且还求得了残余强度的载荷速率相关性。在单轴压缩试验中,残余强度的n值与峰值强度的n值有较大的差异,但在三轴压缩试验中两者的差异却不太明显。而且在气干状态下,不管是峰值强度还是残余强度的n值均随着围压的增加而增加。