钢纤维增强SCLC单轴受压本构关系研究

基于复合材料力学性能的复合定律，将钢纤维增强SCLC的本构模型定义为基准SCLC的应力-应变关系与钢纤维增强效应的加权，建立了一种以应变和钢纤维掺量为自变量的钢纤维增强SCLC本构方程，其中SCLC应力-应变关系曲线上升段和下降段分别采用Weibull分布模型和有理分式拟合试验结果得出，以钢纤维增强系数考虑钢纤维的增强效应.利用有限元软件ABAQUS模拟钢纤维增强SCLC棱柱体单轴受压试验，采用上述本构方程，计算钢纤维增强SCLC损伤模型的损伤因子，分析对比得出有限元模拟结果与试验结果吻合，说明上述本构方程可以较好地描述钢纤维增强SCLC应力-应变关系，为钢纤维增强SCLC结构非线性分析提供理论依据.     

基于细观模型的超高性能钢纤维混凝土SHPB试验数值模拟

超高性能钢纤维混凝土是一种极具创新性的水泥基复合材料,具有优异的力学性能,在结构抵抗极端荷载方面潜力突出.为研究超高性能钢纤维混凝土动态力学性能,利用LS_DYNA软件建立了由砂浆和钢纤维组成的细观数值模型.首先,通过静态压缩和劈裂试验对细观模型进行了验证.其次,对霍普金森压杆(SHPB)试验进行了数值模拟,并在细观尺度上解释了应力-应变历程,研究了钢纤维含量对超高性能钢纤维混凝土动态性能的影响.研究结果表明,该模型能够很好地预测超高性能钢纤维混凝土的静态和动态性能;当钢纤维在合理范围内(0%–2.5%)时,超高性能钢纤维混凝土动态强度随着钢纤维体积率的增加而显著增大;然而,超高性能钢纤维混凝土动态增强因子低于传统混凝土材料.同时,定量分析了钢纤维增强效果,并在试验和数值模拟的基础上推导了超高性能钢纤维混凝土的动态本构关系.     

单轴受压下钢纤维再生骨料混凝土本构模型

通过150mm×150mm×300mm钢纤维再生骨料混凝土棱柱体的单轴受压试验,研究了水胶比、再生骨料取代率和钢纤维体积率等参数对钢纤维再生混凝土轴压应力-应变全曲线的影响,揭示了钢纤维再生混凝土的破坏机理和参数变化对钢纤维再生混凝土单轴受压力学性能影响的规律.结果表明,钢纤维改变了再生混凝土的破坏形态,随着钢纤维体积率增大,试件由劈裂破坏转变为剪切破坏,剪切面与荷载垂线的夹角增大,峰值应力和峰值应变均有一定程度的提高.相同钢纤维体积率下,钢纤维再生混凝土峰值应力受再生骨料取代率变化的影响较小;但是,随着再生骨料取代率的增加,钢纤维再生混凝土峰值应变增大,初始弹性模量减小.与普通混凝土类似,随水胶比的减小,钢纤维再生混凝土应力应变曲线下降段的斜率增大.基于对试验数据的综合分析,建立了考虑再生骨料取代率、钢纤维体积率影响的钢纤维再生混凝土轴压本构模型.     

三维编织钢纤维增强渍浆混凝土准静态力学性能

为了优化钢纤维混凝土的各项力学性能,设计优选了大流动性细粒混凝土与长度为70mm、长细比达93.3的长钢纤维,采用三维钢纤维编织技术与渍浆纤维混凝土施工工艺,成功制备出钢纤维体积率Vf为5%和10%的三维编织钢纤维增强渍浆混凝土试件(3D-BSFC).采用微机控制电液伺服万能试验机对基体强度为C50的试件进行了准静态3种低应变率(10-6/s,10-4/s及10-2/s)下的单轴压缩试验,测出了应力-应变全曲线、强度、压缩韧性以及弹性模量,研究了其受压力学特性及钢纤维掺量和应变率对基本力学性能的影响规律.结果表明,高掺量三维正交钢纤维对基体混凝土的强度提高最高达3倍以上,同时改善其变形能力,使韧性增强最高达3.87倍;在较低应变率状态下,强度和弹性模量随着应变率的增大而增大,但增长幅度不大.     

钢纤维增强聚合物改性混凝土的疲劳损伤行为

对钢纤维增强聚合物改性混凝土这种新材料的弯曲疲劳损伤特性进行了试验和理论研究,并且和钢纤维增强混凝土进行了对比.通过合理定义损伤变量,由试验测定了新材料和钢纤维增强混凝土的疲劳损伤及其演化规律;根据疲劳累积损伤理论,提出了新形式的疲劳损伤演化方程,与试验结果对比,该方程能较好地反映新材料的损伤演化规律.对两种混凝土材料在相同加载应力水平下的疲劳损伤演化行为进行了比较,结果表明钢纤维增强聚合物改性混凝土比钢纤维增强混凝土具有更好的抗疲劳性能.     

钢纤维混凝土板抗爆数值模拟

钢纤维混凝土由于其优良的强度和延性而在防护结构中被广泛应用.对四边简支的钢纤维混凝土板在爆炸荷载作用下的响应进行了数值模拟,比较分析了折合距离、板厚度对其动态响应的影响.钢纤维混凝土的本构模型采用J-H-C模型,考虑了损伤和应变率效应.从计算结果可以看出,在炸药量相同的情况下,折合距离、板厚均对板中心的位移有较大的影响.研究成果可以对防护结构的设计提供理论参考.     

钢纤维聚合物混凝土单轴抗压应力-应变关系

钢纤维聚合物混凝土(SFPC)是由聚合物混凝土(PC)基体参入适量钢纤维形成的纤维增强复合材料，其抗单轴抗压强度明显高于聚合物混凝土的单轴抗压强度。本文用宏观热力学理论，处理材料损伤问题，基于损伤力学原理推导出SPPC单轴抗压应力-应变关系模型，该模型对进一步拓宽钢纤维聚合物混凝土(SFPC)在国民经济中的应用领域具有一定的指导作用。     

素混凝土及钢纤维混凝土在弹体侵彻作用下的三维数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对素混凝土以及钢纤维体积含量为3.0%的钢纤维增强混凝土靶板抗侵彻问题进行了数值模拟.在三维有限元计算模型中引入了JHC(Johnson_Holmquist_Concrete)累积损伤材料模型以描述钢纤维混凝土的破坏效应,弹丸采用Johnson_Cook材料模型.弹丸贯穿靶板后剩余速度的计算结果与在直径为37mm滑膛炮上所获得的实验结果误差在5%以内,同时很好地模拟了两种混凝土靶板的成坑和破坏现象.计算结果表明,用JHC模型来描述混凝土的抗侵彻问题是可行的.     

钢纤维混凝土桥墩抗震性能数值模拟与试验对比

基于纤维模型的有限元分析技术,采用考虑钢纤维影响的混凝土材料模型和考虑黏结-滑移效应的钢筋材料模型,建立了在反复荷载作用下普通混凝土和钢纤维增强混凝土桥墩的非线性有限元模型.采用数值分析方法得到钢纤维体积分数、配箍率和钢纤维混凝土区高度对钢纤维混凝土桥墩模型滞回曲线、骨架曲线和延性性能等抗震能力的影响规律,并与试验结果进行了对比.结果表明:数值模拟与拟静力试验结果基本一致,呈现出相似的规律性;钢纤维可部分代替箍筋的抗震作用,在一定范围内随着钢纤维体积分数的增加,桥墩试件的抗震性能增强;在桥墩局部采用钢纤维混凝土,可达到与整体采用钢纤维混凝土相近的抗震能力.     

钢纤维混凝土韧度计算方法的探讨

为了从理论上研究钢纤维混凝土的阻裂和增韧性能,以钢纤维混凝土应力应变曲线包围下的面积定义材料韧度,基于钢纤维混凝土兼有阻裂作用的复合理论下建立的损伤本构方程,推导了钢纤维混凝土韧度理论计算公式,并详细讨论了公式中有关参数的确定.选取了C40混凝土和端钩形钢板切削钢纤维进行了计算,给出了典型条件下,相应的钢纤维混凝土韧度与钢纤维掺量间关系的定量表达式,初步建立了一种钢纤维混凝土韧度的理论评价方法.     

钢纤维混凝土梁抗剪强度截面分析方法

在修正压力场理论和钢纤维混凝土梁受弯理论的基础上建立了钢纤维混凝土梁抗剪强度的截面分析方法,考虑了钢纤维混凝土梁裂缝处的局部应力控制条件.通过对采用3条不同钢纤维混凝土受拉应力-应变曲线的计算结果与试验结果比较,建议了考虑受拉强化效应的受拉应力-应变曲线.此外讨论了计算模型中裂缝局部控制条件对抗剪强度计算结果的影响.对44根剪跨比大于2.0的钢纤维混凝土梁进行了分析,分析结果与试验值吻合很好.     

基于Weibull分布的冻融循环下纤维混凝土损伤模型

对聚丙烯纤维混凝土（PFRC）、钢纤维混凝土（SFRC）、普通混凝土（PC）进行冻融循环试验,经过冻融循环后,得到PFRC、SFRC、PC的相对动弹性模量、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度,分析冻融循环过程中PFRC、SFRC、PC的冻融损伤率、强度衰减率的演化规律和冻融损伤机理,提出基于Weibull分布的纤维混凝土冻融损伤演化模型,并与推导出的力学性能衰减模型联立得到PFRC、SFRC、PC的相对抗压强度、相对抗拉强度与冻融损伤度的演化模型。结果表明:纤维的掺入能有效减小混凝土的强度衰减和冻融损伤,基于Weibull分布建立的两种冻融损伤模型,可以分别通过冻融循环次数、相对强度预测PFRC、SFRC、PC的冻融损伤度。     

恒温下结构钢的应力-应变关系

为确定合理的高温中钢材应力-应变关系模型,在已有恒温加载试验研究的基础上,通过对高温中弹性模量、屈服强度、极限强度、硬化应变和极限应变等实测数据的拟合分析,提出高温中钢材的应力-应变关系模型.与ASCE和EC3中钢材的应力-应变关系模型相比,该模型的计算曲线与实测曲线吻合度更好.     

钢-聚丙烯混杂纤维超高性能混凝土受压细观数值模拟

利用ABAQUS软件建立了钢-聚丙烯混杂纤维超高性能混凝土三维细观数值模型,对其轴心受压过程进行了数值模拟。通过对比轴心受压试验结果,验证了模型的合理性。在此基础上,拓展分析纤维掺量、长径比等参数对超高性能混凝土受压特性的影响,进一步分析压力作用下纤维增强超高性能混凝土机理。结果表明：随着钢纤维体积掺量增加,超高性能混凝土损伤发展变缓,单轴受压峰值强度略有提高,峰后延性明显增加；钢纤维长径比对超高性能混凝土受压应力-应变曲线的影响较小,但是更长的纤维更好地发挥了阻裂作用；在超高性能混凝土单轴受压过程中,钢纤维在峰值点前主要发挥骨架作用,在峰值点后主要发挥阻裂作用。     

钢纤维混凝土力学性能试验研究

对钢纤维体积率（Vf）为0～3％、基体强度为C50的钢纤维混凝土（SFRC）进行立方抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、弯曲强度、弹性模量和泊松比的测试，试验结果表明：SFRC抗压强度随Vf的增加仅仅有着小幅度的增长，正向立方抗压强度略大于侧向立方抗压强度；轴心抗压强度与立方抗压强度之比值在0．75～0．77之间：钢纤维对SFRC的抗拉、抗弯性能起着明显的增强作用，正向、侧向劈裂抗拉强度比值随Vf的增加而增大；SFRC的弹性模量和泊松比均是不敏感的材料参数，前者随材料抗压强度的提高而缓慢增加，后者随Vf的加大而略有减小．     

低碳钢热塑性成形过程本构模型

根据高温流动应力行为的主导软化机制不同,建立了低碳钢热塑性成形过程的动态回复和动态再结晶两阶段本构模型.采用单一内变量的位错密度演化模型描述加工硬化和动态回复对流动应力的影响;应用Avrami方程表达动态再结晶软化作用对流动应力的影响.采用Gleeble1500热模拟实验机对低碳钢进行热压缩实验,依据实验流动应力曲线确定本构模型中的参数,并分析了模型参数随变形条件的变化规律.应用建立的本构模型计算实验条件下的流变曲线,结果计算值与实验值吻合良好,表明所建立的本构模型可以用于低碳钢热压缩成形过程的数值模拟.     

高层钢结构考虑损伤累积及裂纹效应的抗震分析

基于钢材在反复荷载作用下的损伤累积力学模型（包括损伤变量D的计算公式，损伤对钢材屈服强度、弹性模量、强化系数的影响以及钢材考虑损伤累积效应的应力－应变滞回关系等）和损伤累积断裂准则，采用改进的数值积分方法对钢构件的滞回曲线进行了计算机仿真，并建立了实用的考虑损伤累积和断裂效应的钢构件恢复力模型。采用这一模型对具有损伤的空间钢框架结构的抗震反应进行分析，并得到了振动台模拟地震试验的验证。抗震分析方法的特点为：能够考虑损伤累积和裂纹效应的影响，能够计算构件的损伤程度，能够计算裂缝产生的时间、部位及其开展，以及能够对钢框架结构遭受多次地震时的情况作真实的反应分析。     

活性粉末钢纤维混凝土受压应力-应变全曲线的研究

采用普通压力试验机附加刚性辅助架的方法对活性粉末混凝土进行了单轴压缩试验,分析和研究了不同水胶比和钢纤维掺量下的应力-应变全曲线的特征.通过对不同曲线进行比较,给出了活性粉末混凝土棱柱体抗压强度、峰值应变、弹性模量、受压韧性指数与钢纤维掺量和水胶比的关系,并在试验分析的基础上建立起RPC受压应力-应变全曲线的数学表达式.     

钢纤维混凝土预应力连续叠合板变形研究

通过 3块 2跨钢纤维混凝土预应力连续叠合板的试验研究 ,分析了支座配筋及叠合面里的钢纤维对跨中刚度的影响 ,提出了二次受力钢纤维混凝土预应力连续叠合板的受弯短期刚度公式