土木工程结构混凝土寿命预测的损伤演化方程

借助损伤力学的原理,通过系统实验,研究了混凝土在冻融与腐蚀条件下损伤失效过程的规律与特点.建立了具有普适意义的混凝土损伤演化方程,提出了损伤速度和损伤加速度的新概念,并提出了一套预测混凝土结构使用寿命的基本方法与理论体系,为重大土木工程结构混凝土的寿命预测提供了一种新方法.此外,通过专门设计的(35%弯曲荷载 冻融)双重因素和(35%弯曲荷载 冻融 3.5%NaCl溶液腐蚀 5%Na2SO4溶液腐蚀)多重因素等耐久性实验,重点研究了国家重点工程润扬大桥的主体结构混凝土的使用寿命预测问题.结果表明,润扬大桥的箱梁、索塔、墩身和锚碇采用高强高性能混凝土以后,其预期使用寿命均能达到100年设计要求.     

钢筋混凝土梁的损伤评估

基于刚度下降提出了一种混凝土损伤指标，可直接表示为应变的函数．建立了截面弯矩与截面变形及损伤与截面变形之间联系的一般公式，对简支梁在不同配筋和加载情况下进行全过程损伤分析，说明了本方法的可行性及其与实际现象的一致性．     

基于车桥耦合振动的空心板桥铰缝损伤评价指标分析

铰缝损伤是装配式混凝土空心板桥的典型常见病害,研究基于交通荷载下结构动力响应的铰缝损伤判别方法,将大幅降低检测耗时和费用。以典型桥例,应用自编的车桥耦合振动分析程序,针对多种典型的铰缝损伤工况,采用数值方法系统地分析了铰缝损伤对车载下桥梁动力响应的影响。结果表明铰缝损伤对桥梁跨中动力响应峰值及其横向分布有明显影响。通过对损伤前后桥梁动力响应变化特征的量化分析,提出了铰缝刚度和加速度幅值比两个铰缝损伤的评价指标,并通过算例进行了初步分析验证。研究结果可为空心板桥铰缝损伤检测与评价提供一种新的技术思路。     

混凝土细观破裂过程的三维数值模拟及CT验证

应用 "被占领区域剔除"的思想,对原有的混凝土骨料三维随机分布的数值模型进行改进,提出了一种新的混凝土骨料三维随机分布数值模型建立的方法,并基于弹性损伤本构关系,采用双折线损伤演化模型描述混凝土细观各相弹性损伤退化,用弹性模量的折减程度来反映混凝土试件在加载过程中的损伤程度.对混凝土圆柱体试件进行了数值模拟计算,并依据混凝土破坏过程图比较了数值模拟的破坏过程与CT试验结果,发现试件破坏时裂纹的萌生、扩展过程与CT观测到的过程具有相似性,表明该模型较好地模拟了混凝土的不均匀性与各向异性,证明建立该模型的方法是可行的.     

混凝土损伤应变与微裂纹的实验研究

采用数字图像相关方法测量了混凝土表面损伤应变场。基于该应变场分析得到了肉眼不可见微裂纹的准确位置,并研究了混凝土立方体在单轴压缩的情况下,平均损伤应变与平均裂纹宽度的相关性。研究结果说明基于数字图像相关的混凝土表面微裂缝的定位方法是可行的。宽度小于0.1 mm微裂缝与平均损伤应变呈线性变化的关系。研究结果可用于判断混凝土微裂缝的位置、发展程度,为进行科学有效的控制或修补,提高结构安全性提供参考。     

基于损伤本构关系的钢筋混凝土双向压弯截面分析

基于混凝土材料的损伤本构关系和平截面假设,推导出钢筋混凝土双向压弯截面刚度矩阵的计算公式．为研究混凝土损伤本构关系对截面分析的影响,用推导的截面刚度矩阵进行钢筋混凝土双向压弯截面分析,理论结果与试验数据进行比较,二者吻合较好;并与用我国混凝土结构设计规范中的混凝土非线性分析本构关系分析的计算结果比较,二者计算结果相符．表明本文方法计算可行,并通过本文方法计算结果可以了解、评估结构内部的损伤分布情况．     

混凝土动力随机损伤本构关系

考虑混凝土中的水对材料率敏感性的影响,引入包含黏性元件和弹性元件的细观模型,推导建立了混凝土动力损伤模型.将动力损伤模型引入到随机损伤理论的框架内,建立了能够描述单调加载与反复加载条件下混凝土力学行为的一维随机动力损伤本构关系.基于实验结果,对模型进行了系统的验证.结果表明,模型能够较好地再现混凝土的典型非线性特性,包括软化、残余应变以及率敏感性,可以应用于实际结构的非线性全过程分析.     

基于ABAQUS的RC框架节点的有限元分析

文章应用有限元分析软件ABAQUS,采用混凝土损伤塑性模型对钢筋混凝土框架节点的性能进行了非线性有限元分析,其中混凝土与钢筋分别采用实体单元与桁架单元进行分离式建模,并使用Embed技术进行自由度的耦合。将试验结果与有限元分析进行对比,结果表明梁柱节点自由端在竖向单调加载作用下的荷载位移曲线与试验结果比较吻合,计算的变形模式同试件破坏形态一致。文中采用参数分析,探讨了混凝土膨胀角、黏性系数及损伤因子对计算结果的影响,为实际工程中的节点设计提供试验与理论依据。     

混凝土初始损伤模拟和在混凝土重力坝抗震分析中的应用

混凝土结构在外部载荷作用下的破坏过程是初始损伤不断演化发展和新的损伤不断形成的过程.通过试验确定了混凝土在浇注过程中形成的初始损伤,并据此对Jeeho Lee的塑性损伤模型进行了修正,然后利用该模型对乌江上某重力坝进行了地震作用下的动力损伤分析,并分别与不记入动水压力影响和不考虑应变率影响的结果进行了对比,所得结论对混凝土坝的震害研究有一定的参考价值.     

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。     

基于破损指数法的水泥道面预养护最佳时机决策模型

为了合理确定军用机场水泥道面预养护最佳时机,在分析现有公路路面和机场道面性能模型的基础上,建立了军用机场道面破损指数与国际平整度指数之间的关系式,结合军用机场水泥道面破损指数衰变模型和破损指数 国际平整度关系式,得到了军用机场水泥道面预养护最佳时机决策模型。基于目前我军仍然主要采用三米直尺进行平整度测试的现状,在大量实测数据的基础上建立了三米直尺平均间隙与国际平整度指数相关关系式,实现了二者之间的转换。基于军用机场水泥道面性能检测数据积累较少的现状,采用空间代时间的方法,对我军使用环境相近的若干个水泥道面的破损状况和平整度数据进行了拟合分析,验证了预养护最佳时机决策模型的正确性,得出了模型的具体参数。通过对破损指数 国际平整度关系式进行二次求导寻找道面破损指数衰变最快的唯一临界值,再由破损指数衰变模型求出该值所对应的使用年限,即为最佳预养护最佳时机。     

超声波法评价不同类型混凝土高温后性能和参数的比选

为研究超声波法评价不同类型混凝土高温后性能的普适性,对普通混凝土、高强混凝土和掺聚丙烯纤维的高强混凝土进行200℃、400℃、600℃、800℃的高温试验,对比分析了3种不同类型混凝土的相对波速、相对幅值和损伤度3个参数与受热温度、抗压强度损失率和抗折强度损失率的关系。结果表明:对于3种不同类型的混凝土,采用损伤度和相对波速评价混凝土高温后的性能具有同一性结果,其中,损伤度的拟合值与实验值的相关性最大,能直观地反映出混凝土的受损程度;而对于相对幅值,拟合值与实验值的相关性最小,对3种不同类型混凝土的评价结果差别较大,不具有同一性。     

高性能复合砂浆钢筋网加固RC梁的时变可靠度分析

研究高性能复合砂浆钢筋网加固RC梁新老材料强度随时间衰减的可靠度指标.利用时变可靠度理论,采用蒙特卡罗法模拟,给出了高性能复合砂浆钢筋网加固混凝土构件时变失效概率的计算方法.复合砂浆钢筋网加固RC梁的时变可靠度先高于设计规范规定的目标可靠度 ,然后逐渐减小,接近设计使用年限时,接近目标可靠度,这一趋势为合理地评估结构性能提供了有效工具;结合非线性回归和时变可靠性指标,提出了加固RC构件使用寿命预测方法,为在役结构的维修与加固提供合理的经济决策依据.     

钢筋锈蚀作用下盾构隧道结构损伤劣化性能

在长期的水土荷载和侵蚀性物质联合作用下，盾构隧道钢筋混凝土衬砌结构会经历腐蚀-损伤-劣化过程而逐渐失效，导致服役性能大幅降低。本文引入内聚力模型（CZM）及混凝土塑性损伤模型（CDP），建立考虑钢筋混凝土间粘结滑移的盾构隧道衬砌锈蚀三维数值模型。综合考虑钢筋锈蚀引起的自身力学劣化、混凝土有效截面损失及钢筋混凝土粘结性能退化等因素，分析了围岩水土荷载和钢筋锈蚀耦合作用下衬砌结构形变、损伤演变规律和整体结构劣化特征。研究表明：1）锈蚀作用导致衬砌结构刚度降低，大大加深了衬砌结构的变形程度。锈蚀造成衬砌结构不同部位的刚度损失不同，反映了锈蚀作用下衬砌结构损伤的差异性。2）衬砌结构的围岩侧与临空侧损伤差异较大。相同锈蚀率下，衬砌受压侧受到挤压作用，限制裂缝的发展，导致受压侧损伤很小。3）在锈蚀过程中隧道衬砌结构拱顶弯矩不断减小，拱顶损伤不断加深，损伤区域逐渐扩展，截面刚度损伤最显著。4）衬砌结构自身性能不断劣化，出现内力重分布。衬砌结构的裂缝多出现在围岩侧。研究成果可为隧道衬砌结构服役性能的评估提供参考。     

基于冻融损伤抛物线模型的再生混凝土寿命预测

混凝土冻融损伤不仅会影响工程结构的外观与正常运行,还可能影响工程安全及耐久性,缩短工程的寿命.本文借助损伤力学原理,以相对动弹模量损失为损伤变量,提出了混凝土损伤抛物线模型,利用前人的研究结果对模型精度进行了验证.采用对比试验,分析了C40再生混凝土冻融损伤失效过程,利用损伤抛物线模型对再生混凝土寿命进行了预测.结果表明,损伤抛物线模型精度较高,满足工程应用的要求,再生混凝土的寿命可达到50年耐久性设计指标.     

近海大气环境下RC结构钢筋锈蚀程度预测

钢筋锈蚀是影响近海大气环境下RC结构使用寿命的重要因素之一。为研究近海大气环境下混凝土碳化与氯离子侵蚀双重作用对钢筋锈蚀的影响,对沿海地区不同龄期钢筋混凝土结构进行了工程实测,包括混凝土抗压强度、碳化深度、钢筋表面氯离子浓度及锈蚀深度。基于实测结果,拟合得到了混凝土碳化深度与抗压强度间的关系模型,建立了同时考虑混凝土碳化深度与钢筋表面氯离子浓度的钢筋锈蚀深度预测模型。在此基础上,利用Abaqus分析软件对不同龄期、轴压比的RC框架柱进行了损伤塑性分析,得到了锈蚀RC框架柱抗震性能随服役龄期与轴压比的变化规律。     

Void damage model and service life prediction for solid high polymer

Based on the analysis of three void damage variety models, this note presents (i) a method that regards the void content as a damage variation of the grain and (ii) a geometric model for micro-unit of void damage. Equations of the void damage variety containing void content are analyzed. This work is focused on the measurement of internal damage level and the damage variety estimation is directly related to the life predication in the practical engineering applications. Nowadays, the critical service life of the solid grain/polymers is usually presumed at domestic and international level. The strength or strain reduction of 20% or the stabilizer consumption of 50% is generally regarded as a critical storage life of the solid grain/polymers, and the service life is predicted by the extrapolation method on Anhenius formula. The applications, however, show that the above method is unreliable and has significant errors. With the aid of the discontiguous automatic measuring device of real time volume deformation and void content, the master curve of void damage variety, the storage service life and the surplus life of a solid rocket grain are obtained. Since the critical storage life has been measured, and the accuracy of the service life prediction has been greatly increased. It is a novel ideal and a break-through technique.     

框架结构地震损伤演化过程数值分析

为了更好地研究钢筋混凝土框架结构在地震作用下的损伤演化规律,采用理论分析的方法,改进了以往的基于变形及耗能的双参数损伤指数模型,应用按结构的重要程度所提出的"三水准"抗震设计地震损伤指标作为倒塌评定准则;采用非线性动力有限元法,模拟分析了某三层钢筋混凝土框架结构在地震作用下的倒塌破坏过程,计算了主要构件和整体结构的地震损伤指数,定量的描述了结构的整个倒塌破坏过程。结果表明:改进后的损伤指数计算模型既能够计算最大损伤指数,又能定量连续化计算结构损伤指数,描述结构的整个倒塌破坏过程。采用的单榀双跨结构为研究对象,不仅考虑了边柱而且考虑了中柱损伤,与实际结构破坏过程相符。     

基于损伤等效原理的并联系统相关失效可靠性分析

在考虑零件寿命服从Weibull分布的条件下,针对两个零件的并联系统进行相关失效分析,提出了一种分析相关失效的等效损伤转换方法,并基于损伤等效转换原理及全概率公式对并联系统进行相关失效可靠性建模;应用Monte Carlo仿真验证所建立的模型的正确性.研究表明,这种基于损伤等效原理的并联系统可靠性模型能够很好地反映并联系统零件间的相关失效,并且能够满足损伤等效准则,优于等概率转换法所建立的模型;从而为零件寿命服从Weibull分布的并联系统可靠性分析提供了一种新的方法.