硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压模拟

基于硫酸盐腐蚀混凝土单轴受压试验结果,通过对《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)中无腐蚀混凝土单轴压应力-应变关系中的混凝土损伤演化参数进行修正,建立了硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压本构模型。采用修正后的本构模型,以及ABAQUS软件自带的损伤塑性模型,考虑损伤因子的影响,较好地模拟了硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土的单轴受压行为。有限元模拟结果表明：随着硫酸盐干湿循环次数和冻融循环次数的增大,混凝土最大受压损伤因子逐渐增大,损伤范围也逐渐扩大;最大主拉应力逐渐减小,中部压应力逐渐增大,等效塑性应变逐渐增大,混凝土破坏更严重;破坏均属于最大拉应变强度破坏。所提有限元模型可动态反映参数变化过程中混凝土的应力发展与损伤状态,可应用于硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压的模拟。     

动态三轴压荷载历史对大骨料混凝土动态单轴抗压强度影响

利用静、动三轴试验机对大骨料混凝土预先施加三轴压荷载历史,之后对经历荷载历史的试件进行同应变率的单轴受压试验,研究了大骨料混凝土的动态受压性能与所经历的加载速率(应变率为10-5~10-2 s-1)和应力比荷载历史的关系.所有试验的三轴压荷载历史中σ3均加载至2.8fc,且未达到材料的极限强度,但是大部分试件已产生了微裂缝和不可恢复的变形.试验表明:在单轴受压试验中,大骨料混凝土破坏会沿着已有的裂缝继续发展,破坏形态不同于单轴抗压的柱状破坏,而与三轴压荷载下的斜剪破坏极为相似.经历三轴压荷载历史后的大骨料混凝土的抗压强度随着侧压力的增加而降低,随着应变率的提高而提高.强度损失随着应变率的增加而减小,随着侧压力的增加而增加.     

混凝土单轴受力损伤本构模型

为了建立一种新的单轴受力下混凝土损伤本构模型,应用损伤力学理论,假设混凝土卸载刚度与初始刚度的比值和混凝土卸载后剩余的弹性应变能与总应变能的比值在数值上是一致的,由此将弹性模量损伤和能量损伤结合为一体,通过数值方法可确定混凝土单轴受力损伤变量的具体数值.在已有不同强度等级混凝土单轴受力的应力一应变全曲线统一计算方法的基础上,通过数值积分和拟合回归,建立了单轴应力状态下混凝土损伤演变方程和损伤本构模型.结果表明:该模型可描述混凝土单轴循环加载受力状态下的力学特性,与混凝土单轴受力试验结果吻合较好;该研究成果可望进一步应用于反复加载下混凝土结构非线性有限元分析中.     

非均质混凝土损伤规律的数值模拟研究

应用ANSYS中的参数语言建立混凝土随机骨料结构模型,并对该模型在单轴受拉、单轴受压及双轴拉压组合下的加载过程进行较详细的数值模拟,分析加载过程中变形场应力应变变化情况,进一步揭示了混凝土的损伤机理并证明了模型用于模拟混凝土试验的合理性。     

应变空间表述的混凝土疲劳塑性/损伤双面本构模型

考虑到混凝土具有塑性和脆性相结合的复杂性质,运用损伤和塑性理论在应变空间分别建立了一个能描述混凝土应变和刚度变化的损伤面和塑性面,应用有效应力和弹塑性耦合的概念分析了混凝土的本构特征．计算结果表明,该模型能较好地描述混凝土在单轴及多轴单调加载和疲劳加载下的性质．     

高温后双轴压混凝土强度和变形性能研究

利用大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室的大型混凝土静、动三轴试验系统,对常温20℃及200～600℃高温后的混凝土进行了5种比例加载路径的双轴压试验,测得了混凝土的强度及应变,发现高温后双轴压混凝土的抗压强度及应变值比单轴压状态时高.根据试验结果,系统地探讨了高温后混凝土在不同比例加载下的双轴受压强度和变形等力学性能,在此基础上,建立了同时考虑温度与应力比的高温后混凝土双轴压的强度破坏准则.这些结论为烟囱、核反应堆安全壳、火灾后的建筑物等处于双轴压组合荷载作用下混凝土结构的设计、分析提供了理论依据.     

混凝土单轴受压动力全曲线试验研究

采用MTS 815.04岩石力学试验机对混凝土单轴受压动力本构关系进行系统试验研究.考虑五种不同加载速度,在位移和应变率双重控制下,得到动力加载条件下单轴受压应力一应变全曲线.根据试件的破坏特点,讨论动力加载与静载条件下试件破坏形态的区别,分析峰值应力、峰值应变以及弹性模量等力学参数的应变率效应,并与已有试验结果进行对比.结果表明:本次试验得到的结果揭示了混凝土在单轴受压条件下动力加载全过程的非线性性能,为正确理解混凝土在动力加载条件下的破坏机理提供试验依据.     

模型再生混凝土单轴受压静力与疲劳性能数值仿真

为了探讨再生混凝土中各相力学性能对其宏观力学性能的影响、寻找改善再生混凝土静力与疲劳性能的有效途径,基于ABAQUS软件建立了九骨料模型再生混凝土的有限元模型,并对各相材料赋予不同的损伤本构.分别采用显式准静态分析步和直接循环分析步对九骨料模型再生混凝土的单轴受压静力和低周疲劳加载进行数值模拟,并将静力性能仿真结果与试验结果进行对比.变参数分析结果表明:静力性能仿真结果与试验结果吻合较好;模型再生混凝土在界面过渡区会产生明显的应力集中现象,导致界面区砂浆塑性变形加剧,促使裂纹产生和扩展;随着再生粗骨料取代率的降低,模型再生混凝土的单轴受压强度和峰值应变逐渐增大;随着新砂浆强度的提高,模型再生混凝土的单轴受压强度逐渐增大;模型再生混凝土的疲劳性能较再生混凝土低,且应力-疲劳寿命曲线的趋势与普通混凝土相近.     

温度对全再生混凝土三轴受压性能及破坏准则影响

为研究温度对全再生混凝土三轴受压力学性能及破坏准则的影响,设计制作了30个经不同温度后的全再生混凝土试件进行了三轴受压试验.研究表明:单轴应力条件下,随着温度上升,试件裂缝破碎带变宽;三轴应力条件下,随着温度上升,试件破坏形态由斜面剪切破坏向层状劈裂破坏转变.其次,随着温度上升,抗压强度、弹性模量均呈逐渐下降趋势,但峰值应变则呈逐渐上升的变化趋势;相对于单轴受压状态,温度影响明显减小.最后,根据过镇海模型和M-C理论,分别给出了峰值应力、峰值应变及弹性模量与温度之间的相互关系式,以及M-C理论包络曲线方程.     

腐蚀混凝土单轴受压力学性能研究

对分别受酸、无机盐、有机物和微生物等腐蚀作用的混凝土试块进行了单轴受压试验,采用等应变率加载得到了混凝土的应力-应变全曲线.试验结果表明:受腐蚀混凝土由于腐蚀介质的物理化学作用,内部存在较一般混凝土更多、分布更不均匀的初始缺陷,导致弹性模量、峰值应力和残余变形能力降低,降低程度受腐蚀程度影响.腐蚀越严重的混凝土,加载过程中剥落现象越严重,且主裂缝发展迅速,发育显著,而其他裂缝发展不明显.引入初始损伤因子表示腐蚀作用,应用损伤力学理论和概率统计方法建立了腐蚀混凝土单轴受压本构关系模型,所建模型与试验结果基本一致.     

基于神经网络方法对混凝土损伤特性研究

首先对混凝土立方体试件施加三轴受压荷载历史,卸载后测量其各个方向单轴抗压和劈拉强度,根据连续介质损伤力学理论,将混凝土的损佃分别定义成抗压强和抗拉强度的劣化;研究在经历不同荷载历史后混凝土损伤的演化规律,首次运用神经网络的理论和方法,分别建立了在不同荷载史作用下抗拉强度和抗压强劣化的神经网络模型,对混凝土经历荷载历史后的强度劣化特征,即损伤特征性进行了研究,从中可以看出,神经网络方法是研究混凝土损伤的一个崭新途径。     

不同加载速率下胶结充填体损伤特性与 能量耗散特征分析

针对矿体回采所导致的充填体破坏可近似看作不同加载速率下的加载过程,在实验室开展了5种加载速率下的胶结充填体单轴压缩试验,在得到充填体应力-应变曲线的基础上,根据能量耗散原理及损伤力学,计算了不同加载速率下的充填体能耗值并构建了相应的损伤演化方程,研究了不同加载速率下胶结充填体的能量耗散与轴向压缩时间、应变间的内在关系,探讨了胶结充填体受压破坏的能量损伤演化过程.研究结果表明,不同于高强度的岩石,胶结充填体存在临界加载速率现象,当加载速率超过临界值后,充填体强度随加载速率增加而降低;充填体的峰前能耗量、峰后能耗量、单位体积应变能及总能耗量与加载速率呈二次函数曲线关系;充填体的总能耗量随轴向压缩时间、轴向应变的增大呈现Logistic函数形式增长规律,但加载速率的不同使得能耗值增长速率及充填体达到相同轴向变形所需能耗量存在明显差异;不同加载速率下充填体的压缩破坏均属同一类损伤过程,充填体受压破坏的能量损伤演化过程可划分为初始损伤、损伤稳定发展、损伤加速及损伤破坏4个阶段.     

基于近场动力学的岩石不同应力路径损伤演化

加卸载效应普遍存在于各类岩土工程中,为研究岩体在不同应力路径下加卸载的力学响应和损伤演化规律,通过在传统键型近场动力学本构模型中引入键的损伤变量函数,以反映岩石材料应力应变曲线中先应变硬化再应变软化的非线性阶段,采用改进键型近场动力学模型数值模拟与室内细砂岩加卸载试验对照的方法研究了细砂岩在不同加卸载路径下的力学、损伤演化规律。结果表明：改进的键型近场动力学本构模型能够较好地模拟岩石材料先应变硬化再应变软化力学性质和在不同应力路径下的力学响应及损伤发展趋势;在常规三轴路径下,岩石的抗压强度与围压呈较严格的正相关变化;定义的损伤值可直观的对比出不同加卸载路径与常规三轴压缩下岩石的损伤发展情况,相对常规三轴压缩,卸荷路径加快了岩石材料的破坏,且升轴压破坏程度>恒轴压破坏程度>卸轴压破坏程度。     

高持续荷载下混凝土徐变和损伤耦合机理

为研究混凝土在高持续荷载作用下徐变和损伤的耦合机理.采用加卸载、碱骨料及高温烘烤获得了带不同初始损伤的混凝土,并开展了损伤混凝土在不同应力水平高持续荷载下的徐变试验,分析了混凝土徐变变形和损伤随持荷时间的变化规律,研究了单调加载和持续荷载下材料内部损伤演化和应变能累积的关系.结果 表明:混凝土在长期荷载作用下损伤随徐变应变增加而增大,在损伤稳定发展阶段徐变应变与损伤基本呈线性关系.混凝土在不同荷载形式下应变能和损伤的演化关系相同,可以通过混凝土单轴损伤-应变能关系来表征高持续荷载下徐变和损伤的耦合关系.研究成果可以为长期荷载下混凝土结构分析提供参考.     

钢筋混凝土框架柱多维恢复力特性的试验研究

利用拟静力试验对钢筋混凝土框架柱分别进行了不同轴压比下单，双向循环加载和双向变轴力循环加载，得到了在不同加载路径和加载方式下力与位移关系的本构模型，通过比较不同加载形式下柱的破坏形态，破坏程度，对试验现象和滞回曲线的分析得出：双向荷载作用使得柱的承载力较单向荷载作用有较大的下降，在双向荷载作用下，构件的强度退化和刚度退化现象均较单向荷载作用下严重得多，且轴压比的增大加重了构件的强度退化和刚度退化现象，双向荷载作用使得柱的延性也大为降低。     

三向等压荷载历史后混凝土超声波探伤方法研究

采用两组混凝土立方体试件,对其施加三向等压荷载历史作用,分别测量载前和载后的抗压强度、劈拉强度和超声波速.首先研究了经历过三向等压荷载历史后超声波速的劣化以及混凝土强度与声速的关系.然后,用抗压强度和抗拉强度的劣化来定义混凝土的损伤,研究了损伤与超声波速降低的关系.根据试验数据拟合得到损伤的演化方程,从中可以看出损伤与超声波速的降低之间具有较好的线性相关性,且有明显的超声波速降低临界值.研究表明,根据超声探伤方法测得的声速,结合混凝土经历的荷载历史和配比等因素,可以为工程提供较为可靠的损伤估计值,对实际工程的指导意义重大.     

混凝土经历荷载历史后损伤特性研究

混凝土在各种加栽形式下的损伤机制越来越受到工程界的关注．本文首先简单介绍了混凝土损伤特性的研究方法，并从数学形式的角度追溯了损伤变量的发展过程．在此基础上，结合国内外的研究成果，提出了损伤的新概念与研究损伤的技术路线，即分别用经历过荷栽历史后混凝土试件的抗压强度和抗拉强度劣化来定义其抗压损伤和抗拉损伤．然后，对混凝土经历各种三轴受压荷栽历史后损伤的演化规律进行了深入研究，并提出进一步研究应重点解决的问题．     

混凝土随机损伤本构关系研究新进展

提出了一类混凝土细观损伤物理模型，用于解释高性能混凝土在本构层次上的细观损伤演化特征，建立了混凝土单轴受拉，单轴受压与双轴拉压组合条件下的随机损伤本构关系模型。利用混凝土单轴受拉破坏全过程的声发射实验数据，引入随机建模理论，确立了细观损伤单元的极限破坏应变随机场分布参数，通过与一批高性能混凝土本构关系试验数据相比较，初步证实了采用随机损伤本构关系反映混凝土受力破坏机理的可行性。