基于细观模型的含腹筋混凝土梁受剪承载力尺寸效应

考虑混凝土细观非均质性及钢筋与混凝土之间相互作用,建立了钢筋混凝土梁破坏行为模拟的三维细观数值分析模型。以悬臂梁为例,在数值模拟结果与已有试验结果吻合良好的基础上,扩展模拟了腹筋率、剪跨比及加载方式对大尺寸钢筋混凝土梁（最大梁深为2 000 mm）剪切破坏尺寸效应的影响规律。模拟结果表明：无腹筋梁抗剪名义强度尺寸效应显著,中国《混凝土结构设计》规范提出的截面高度影响系数难以全面的反映梁剪切破坏的尺寸效应现象;腹筋会抑制梁抗剪强度的尺寸效应,随着腹筋率的增加,梁的抗剪强度尺寸效应逐渐减弱;随着剪跨比的增加,梁的抗剪承载力有所减弱,同时,尺寸效应现象也略有减弱;相比于单调加载,循环加载下梁将产生低周疲劳脆性破坏,使得梁抗剪强度尺寸效应更加明显。     

相邻钢筋非均匀锈蚀引发混凝土保护层开裂的细观数值模拟

对2根相邻钢筋非均匀锈蚀膨胀引发的混凝土保护层破坏行为进行了细观数值模拟研究;考虑到混凝土细观结构非均质性的影响,将混凝土视为由骨料、砂浆和界面过渡区组成的三相复合材料,以施加强制位移的方式模拟钢筋的非均匀锈胀作用,建立了混凝土保护层开裂分析的细观尺度数值模型,并进行了影响参数分析。结果表明：细观数值模拟结果与已有文献中的试验结果吻合良好;相邻钢筋非均匀锈蚀时会发生内部裂纹相互贯通先于和落后于外部开裂2种破坏模式;钢筋直径不是影响混凝土保护层破坏的主要参数;混凝土保护层厚度主要影响外部开裂的发展;钢筋间距则主要控制内部裂纹的相互贯通。     

混凝土动态双轴压缩强度准则细观研究

由于物理试验设备和条件限制，目前对混凝土动态双轴压缩强度准则的研究仅停留在低应变率范围(10^-5 s^-1～10^-2 s^-1)。针对这些强度准则在更高应变率范围内是否适用，该研究建立了细观随机骨料模型，对边长100 mm的混凝土立方体试块开展了动态双轴压缩细观模拟分析。研究了应变率和侧应力比对混凝土动态双轴压缩破坏模式及压缩强度的影响，建立了适用于更高应变率的动态强度准则。研究结论：相同侧应力比下，随应变率增大，混凝土内部损伤区域增多，动态压缩强度增大；相同应变率下，随侧应力增大，混凝土破坏模式由柱状压裂变为片状劈裂，动态压缩强度先增大后减小。现有的混凝土动态双轴压缩强度准则在应变率为10^-5 s^-1～1 s^-1时很难适用，而该研究建议的强度准则适用于更高的应变率范围，并且得到了不同物理试验的初步验证。     

力-变位关系全过程模拟的有限元位移控制新方法

材料、构件及结构的力-变位关系非线性全过程曲线有限元数值模拟中,极限强度和其后的软化下降段模拟一直是未得到较好解决的难题。位移增量控制法可以方便跨越力-变位关系中的极值点,因此它常被用于求解材料、构件及结构包含极限强度后软化下降段的力-变位关系非线性全过程曲线。但是,传统的位移增量控制法需要重新排列有限元方程的刚度矩阵,并存在求解非对称和非带状系数方程的问题,因而限制了其推广应用。该文提出了求解材料、构件及结构的力-变位关系非线性全过程曲线的一种新的位移增量控制方法,该方法通过修改刚度矩阵中相关对角系数的方式,将边界和力作用点的控制位移条件隐含到有限元方程中,从而可以采用有限元荷载控制方法同样的方式进行求解,保证了有限元方程系数矩阵在求解过程中的对称性和带状性,并可方便地在现有通用商业有限元软件中实现。算例分析表明了该文方法的有效性。     

钢筋非均匀锈蚀引发的混凝土保护层开裂细观数值研究

混凝土保护层锈裂严重影响钢筋混凝土结构的耐久性。为了研究混凝土保护层的锈裂行为,考虑到混凝土细观结构的非均质性以及钢筋锈蚀的非均匀性,将完好混凝土视为由骨料、砂浆和界面过渡区组成的三相复合材料,建立了细观随机骨料模型。在模型中,钢筋的非均匀锈蚀行为以施加非均匀径向位移的方式模拟,骨料的力学行为假定为弹性,砂浆和界面过渡区的力学特性采用塑性损伤模型来描述。在此基础上进行了中部钢筋非均匀锈蚀引发的混凝土保护层开裂行为的细观数值模拟;分析结果与已有文献中的试验结果吻合良好。另外,对比了均质模型和非均质模型中钢筋均匀锈蚀和非均匀锈蚀导致的保护层开裂模式;并探讨分析了保护层厚度和钢筋直径对保护层开裂模式、钢筋锈胀压力及保护层开裂时钢筋锈蚀率的影响。     

考虑配箍率影响的RC梁-柱节点抗剪强度尺寸效应律

由于经典的混凝土尺寸效应律难以准确描述破坏机制更为复杂的RC构件破坏的尺寸效应行为,且无法定量描述相关参数对RC构件尺寸效应的影响。为此,以核心区剪切破坏的RC梁-柱节点为研究对象,在已有试验研究的基础上,采用三维细观尺度数值模拟方法,对影响节点剪切破坏性能的配箍率进行分析,研究其对RC梁-柱节点核心区剪切破坏行为及抗剪强度尺寸效应的影响规律。结果表明：箍筋一方面提高了梁-柱节点的名义抗剪强度,另一方面增强了节点的变形能力,减弱节点剪切破坏的脆性破坏程度,进而削弱节点抗剪强度的尺寸效应。结合配箍率的影响机制与规律,在无腹筋梁抗剪强度尺寸效应律的基础上,提出了能够定量考虑配箍率影响的用于梁-柱节点的尺寸效应半经验-半理论公式,模拟及试验结果证实了公式的合理性与准确性。     

地震动峰值位移对高拱坝地震反应的影响北大核心CSCD

本文研究地震动峰值位移对高拱坝地震反应的影响,为此选用根据水工规范设计反应谱拟合而成的峰值加速度及速度相同,而峰值位移不同的两组地震动时程(每组35条)作为输入。在显式有限元结合黏弹性人工边界的时域波动分析方法的基础上,以小湾拱坝为例,统计分析两组地震动分别按顺河向垂直入射时小湾拱坝的地震动力响应,探讨峰值位移对小湾拱坝–地基系统地震反应的影响。计算结果表明地震动峰值位移对坝体的主应力、顶拱拱端的拱向应力及拱冠梁底部附近的梁向应力均有较显著的影响,对于坝体顺河向位移也有较大影响。因此,对高拱坝进行抗震安全评价及设计时,应考虑地震动峰值位移的影响。     

基于改进MCFT的GFRP-RC梁抗剪承载力分析

通过三维细观数值模拟方法，建立了大尺寸GFRP筋混凝土(GFRP-RC)梁剪切破坏力学分析模型，研究了剪跨比、纵筋率和梁深对GFRP-RC梁裂缝倾角及荷载-位移曲线的影响规律。并以修正压力场理论(MCFT)为基础，根据剪切裂缝宽度沿梁深变化的特点，建立了考虑裂缝宽度沿梁深变化的平均裂缝宽度计算模型，提高了修正压力场简化公式的计算精度。鉴于此，提出能考虑剪跨比及大尺寸影响的无腹筋GFRPRC梁抗剪承载力计算方法，并通过213组试验和模拟数据验证其合理性及准确性。与规范计算结果相比较，结果表明，本文所建立的平均裂缝宽度计算模型合理有效，基于此得到的MCFT简化公式能较好的预测大尺寸无腹筋GFRP-RC梁的抗剪承载力，为GFRP-RC梁的抗剪设计提供了理论参考和方法。     

低温下钢纤维混凝土断裂行为细观数值研究

为了探讨钢纤维混凝土材料在低温下的断裂行为，通过有限元分析方法，在细观层次建立了不同钢纤维体积分数(V=0.0%、0.5%和1.0%)的混凝土试块三维数值模型，分别在3个温度点下(T=20℃、-40℃和-80℃)进行了劈裂抗拉强度试验以及三点弯曲加载试验，得到了相应的破坏模式以及荷载-跨中挠度曲线。研究结果表明，混凝土的断裂能随着温度的降低呈增大趋势，且钢纤维体积分数越大，断裂能越大。而混凝土的特征长度随着温度的降低逐渐减小，但纤维的加入很大程度地增大了其特征长度。     

非均质混凝土材料破坏的三维细观数值模拟

在随机骨料模型的基础上,采用特征单元尺度对网格进行剖分,建立了非均质混凝土材料损伤破坏及宏观力学特性研究的三维细观单元等效化模型。对单轴拉伸、单轴压缩条件下湿筛混凝土试件的破坏过程及宏观力学性能进行了模拟分析;研究了混凝土梁的三分点弯拉力学特性,并与平面模型结果作了对比。研究表明:1) 与平面计算模型相比,三维模型更真实地模拟混凝土材料在外荷载作用下的损伤破坏过程,更准确的描述非均质混凝土材料的宏观力学性能,且与实验结果吻合;2) 骨料空间分布形式基本不影响混凝土材料的宏观弹性模量及强度,但影响其破坏过程和破损路径;3) 与随机骨料模型等细观力学方法相比,该方法具有高效性。