静载历史下的损伤对混凝土动态抗压性能影响研究

为研究正在使用状态下且已存在初始损伤的混凝土构筑物受冲击动力荷载下的动态力学特性,本文以混凝土试件为试验对象,先通过YAD-2000试验压力机对多组混凝土试件进行预加载,使C30混凝土试件出现不同程度的损伤,然后利用SHPB试验设备对试件进行单次冲击压缩试验,研究静载下的损伤对混凝土应力–应变曲线特征、动态抗压强度、破坏模式等特性的影响.通过系列试验发现,经历初始静载的混凝土表现出较强的损伤效应和应变率效应.静载作用下混凝土的损伤对动态抗压强度降低影响关系中,存在一个分界点.大于分界值时,损伤程度变化对混凝土动态抗压强度影响显著.研究结果对于荷载历史混凝土的动态性能研究和应用具有理论意义和参考价值.     

混凝土细观数值试验的随机损伤本构模型

混凝土在细观尺度下是由粗骨料、砂浆和界面过渡区(ITZ)组成的三相复合材料。目前考虑细观尺度上这三相之间力学性能的不同,已经进行了大量的细观数值试验研究。然而混凝土为典型的多尺度材料,在细观尺度下混凝土各相自身也是非均质的。鉴于此,提出了细观尺度下代表性体积单元(RVE)的随机损伤本构模型,并编制了相应的有限元程序。利用编制的程序,进行了随机骨料模型单轴拉伸和压缩数值试验;并进行了双骨料试件单轴拉伸数值试验。结果表明,该模型虽然结构简单,但能较好地反映混凝土的主要宏观力学行为和细观损伤的产生和演化发展。最后,通过参数敏感性分析,阐明了不同模型参数对混凝土宏观力学特性的影响。该模型可为混凝土细观数值试验研究提供支撑。     

混凝土单轴荷载下细观损伤破坏的数值模拟

假设混凝土是由砂浆基质、骨料及它们之间的界面组成的三相复合材料,混凝土的细观力学性质服从Weibull分布,应用细观力学损伤模型研究了混凝土的宏观力学性质,并且通过编制有限元程序对混凝土试件在单向拉伸和压缩情况下的破坏过程进行了数值试验．模拟结果表明,该模型可以用来研究单轴荷载作用下混凝土结构的破坏机理和多种尺寸试样尺寸效应律．     

不同尺寸混凝土试件受压状态下超声波传播特性研究

研究了不同尺寸混凝土试件在单轴压应力作用下,超声波波速的变化规律.试验所用试件有3种:采用大坝原级配最大骨料粒径为80 mm的棱柱体试件以及相应的湿筛混凝土试件,尺寸分别为25 cm×25 cm×50 cm、15 cm×15 cm×30 cm、10 cm×10 cm×20 cm.通过试验首先得到了加载过程中波速变化与应力水平的关系,然后基于超声波波速定义了损伤变量以评价加载过程中混凝土的损伤程度,并且根据试验提出了一种使用超声波法估测复杂应力下混凝土裂缝开展的方法.试验分析表明,混凝土内超声波衰减规律与骨料尺寸和数量以及试件尺寸等因素有关,所得结论对于评估大体积混凝土结构在复杂应力条件下损伤演变具有一定的应用价值.     

基于EMI技术的混凝土冲击损伤演化特性

采用压电阻抗(EMI)技术探究了C50混凝土在冲击荷载作用下的损伤演化特性,并基于EMI技术与动态弹性模量测试原理之间的内在联系,设置了平行对照试验,验证了EMI技术应用于混凝土冲击损伤监测的敏感性与准确性.在此基础上,针对不同损伤程度的试件进一步开展劈裂抗拉强度试验,揭示基于EMI测试技术的损伤量——电导信号的均方根偏差值(RMSD)与混凝土宏观力学参数之间的经验关系.损伤测试试验结果表明:EMI技术能够很好地实现对混凝土试件损伤发展状态的监测,并且可根据RMSD值的变化特点,给出试件失效的预警信息.力学强度试验结果显示:在具体边界条件下,混凝土试件的劈裂抗拉强度将随RMSD值呈指数型下降,可据此对试件的承载能力做出定量的评估与预测.     

单轴压缩作用下CFST柱的声发射特征

通过对不同配筋率和不同壁厚钢管混凝土(CFST)柱进行单轴压缩声发射试验,对比分析了各试件破坏全过程的声发射信号特征.试验结果表明:试件的整个破坏过程可分为弹性段、弹塑性段、强化段和失效段四个阶段,声发射特征参数变化与试件破坏过程表现出较好的对应关系.声发射累积能量和累积撞击数均随荷载的增加而稳步增加;b值经历了缓慢上升、平稳波动、迅速下降的变化,反映了试件内部裂纹的逐步扩展情况;通过对声发射RA值、AF值分析可知,钢管混凝土柱的破坏过程既产生拉伸型裂纹又产生剪切型裂纹,随着荷载的增大,破坏中剪切型裂纹所占比例逐渐增多.研究表明声发射技术可以有效监测轴压下钢管混凝土柱的损伤状态.     

基于压电传感器的纤维陶粒混凝土冻融损伤检测

针对纤维陶粒混凝土低温下受到冻融损伤导致影响结构安全性问题,基于压电陶瓷传感器进行损伤检测。利用压电传感技术对冻融后的纤维陶粒混凝土试件进行检测,获得不同冻融次数下的应力波信号。当冻融次数增加,试件相对动弹模量和抗弯强度下降,压电陶瓷检测到的应力波信号幅值相应减小,基于应力波的衰减,采用小波包能量分析法将其转化为损伤指数,与冻融试验评价指标损伤程度和抗弯强度损失率进行拟合,吻合度较高。结果表明,纤维陶粒混凝土损伤指数与冻融损伤程度和抗弯强度损失率相关性较强,该纤维陶粒混凝土冻融损伤无损检测方法具有良好可行性。     

岩石类材料损伤局部化分叉

为获得弹塑性变形时破坏失稳的损伤效应,假定岩石类材料各向同性损伤,将损伤变量与加卸载函数引入不连续分叉方法,考虑损伤时的刚度退化和体积扩容,推导出材料损伤失稳时的最大硬化模量和局部化方向角及其与损伤程度和初始泊松比的关系,在平面应力与应变条件下对单轴拉伸压缩试件的分叉失稳进行对比分析.结果表明:局部化方向角与最大硬化模量依赖于材料的初始泊松比与损伤程度;平面应力或应变时,拉伸与压缩得到的局部化方位角之和为90°,最大硬化模量可分为平面应力与应变条件两种,与单轴拉伸或压缩条件无关.     

混凝土双轴压缩徐变实验初步研究

为完善大体积混凝土仿真应力计算以及确切了解混凝土徐变性质 ,设计研制了机电伺服混凝土双轴徐变仪 ,采用高精度位移传感器测量徐变变形 ,和传统的混凝土徐变测量仪器及方法做了对比 ;获得了混凝土双轴压缩徐变实验曲线 ,与单轴徐变曲线相比 ,早龄期混凝土双轴压缩徐变比单轴徐变小 30 %左右 ;测定了多轴徐变试件的强度 ,并比较了同龄期未受力的强度 ,研究了微观切片混凝土双轴压缩应力下裂缝发展情况 ,认为低应力水平下压缩徐变试件强度并不降低 ,低应力下压缩徐变变形并非以试件损伤为代价     

基于损伤理论的混凝土构件裂缝的扩展研究

根据已有的资料和试验参数,分别采用三点弯曲梁和楔入式紧凑拉伸试件,利用有限元方法分析了混凝土裂缝尖端的应力、应变之间关系,以及裂缝口张开位移与试验结果进行对比分析,数据比较吻合,验证了模拟计算的合理性.根据以上结果,计算了带裂缝混凝土构件的损伤场,得到了裂缝发展中缝端的起裂损伤和失稳损伤.     

地震损伤评价的累积滞回耗能计算

从地震损伤评价的角度出发,概括常见的两种经典模型的参数计算方法及存在的缺陷,并建议研究累积滞回耗能的必要性.基于4个HRB 400级钢筋混凝土柱的低周加载试验,研究累积滞回耗能的计算方法.此外,为了进行地震损伤指数的计算,根据试验结果,建立累积滞回耗能与极限位移的关系.     

结构初始损伤识别的随机弹性模量

为进一步借助环境激励条件识别结构损伤,导出了求解未损伤结构与损伤结构随机弹性模量的方程.该方法从特征值问题出发,视泊松比参数、弹性模量参数分别为常量与随机变量,并结合结构的有限单元模型以及实测数据.通过引入结构单元损伤因子,对结构的初始损伤进行识别.该方法既可精确评价结构的初始损伤程度,也可初步估计初始损伤的位置,为结构损伤自动识别技术的实际工程应用提供了理论基础.     

一种延性材料的统计损伤演化模型

通过对微孔洞成核,成长过程的合理简化,建立了微孔洞演化的控制方程,得到了延性材料微孔洞数密度及损伤演伤方程的解析式。据此讨论了孔洞成核和成长对损伤演化的作用,为连续损伤理论的唯象描述提供了有参考价值的分析。提出了统计损伤与连续损伤理论相结合的损伤演化模型的锥形。     

受弯复合材料梁损伤演变的理论模型与实验

基于连续介质损伤力学理论，研究了受弯复合材料梁的损伤演变问题．提出了考虑拉压响应的弹脆性损伤演变的理论模型与本构方程．在方程推导中，假设材料及其损伤都是正交异性的，且材料主轴与损伤主轴一致．     

结构在地震作用下的损伤评估方法

建筑结构应该能够承受一定地震运动的作用，同时也应该允许其产生一定的损伤。对于结构在地震作用下的损伤评估有多种的方法。本文将分别对从累积损伤方面、变形方面、变形和累积损伤的总和方面、刚度退化方面得到的损伤模型的特点进行评述。     

复合材料加筋单元初始分层损伤参数影响分析

复合材料加筋结构在制造过程中往往会存在不同形式的初始分层损伤,这些初始分层损伤都会在不同程度上影响结构的承载能力。本文采用两种本构关系的粘接元模拟粘接良好界面和分层界面胶膜。并对含不同损伤面积、不同损伤形状、不同损伤位置的加筋单元进行了面外拉伸分析,得到了剩余强度与损伤参数之间的关系。对于复合材料的损伤与失效,本文采用了Cuntze失效准则及Puck刚度退化模型,较好的模拟了复合材料失效及刚度退化过程。模拟结果和试验结果吻合较好,证明了本文中算法的有效性。     

数值分析法对顶煤压裂损伤参数的研究

运用弹塑性耦合有限元数值分析正交试验法,系统研究了放顶煤开采中顶煤压裂的损伤变量D随开采深度H,煤的强度R。和煤层厚度的变化规律,得出开采深度和煤的强度是影响顶煤损伤参数的主要因素,煤层厚度等因素影响是微弱的。     

岩体损伤节理的计算机模拟及分形分析

利用计算机随机模拟方法模拟了岩体损伤节理的分布,从分形几何角度出发给予定量描述,由分形维数和节理方向定义损伤节理的损伤张量。和传统的计算方法比较,本文的分形损伤张量计算方法具有明显的优越性。     

复合材料层板损伤失效分析

基于连续损伤理论,利用多标量损伤模型,考虑单层板失效前由微裂纹损伤所造成的刚度下降,将Hoffman准则作为复合材料单层板在复杂应力状态下的极限损伤条件,应用该准则对含圆孔复合材料层合板在单向拉伸载荷下的损伤破坏过程进行了数值分析,并与常规(无损伤)失效准则的结果进行了比较.计算表明:损伤引起单层刚度下降,使应力重新分布,加速应力向未损伤层和周围单元转移,从而使应力集中得到缓解,层板的单层破坏载荷明显提高,从而提高层板的极限载荷,提高程度受铺层方式的影响.可见,由损伤引起的刚度下降应在层板失效分析中加以考虑.     

基于模态振型的简支梁损伤识别

相比结构的频率,振型反应的信息更加丰富.振型曲率是对结构损伤十分敏感的一个指标;利用简支梁结构损伤前后的1阶振型曲率差对其进行损伤识别,对损伤位置有较好的识别效果,而利用高阶振型无法进行识别;对于简支梁损伤程度,利用振型曲率差只能进行定性的识别,随着损伤程度的加深,图形突变增大.