细观损伤理论的非均质混凝土梁开裂模型

针对传统等效裂缝模型无法与细观损伤理论联系起来,多尺度分析裂缝开展的问题.采用以挠度为自变量的三点弯曲梁损伤计算方法,依据宏观断裂力学和细观损伤理论,根据两参数的Weibull分布理论,将细观损伤本构模型运用描述宏观断裂力学行为,并建立改进的混凝土梁开裂模型.并结合三点弯曲梁试验数据,同时利用ANSYS分析软件对开裂过程进行数值模拟.研究结果表明:采用改进的混凝土梁开裂模型数值模拟结果和试验数据吻合良好,表明该模型能准确描述混凝土梁的开裂,可以作为评价混凝土梁开裂与否的理论判据.     

混凝土开裂对BFRP混凝土界面应力的影响

以最大主拉应力作为混凝土开裂的判别依据,采用基于能量的指数型软化损伤模型,利用扩展有限元模拟钢筋混凝土梁的裂缝扩展过程.通过在试验梁裂缝位置处预设初始裂缝,对比不同荷载水平下的裂缝扩展高度,得到与试验梁基本一致的裂缝扩展结果.进一步将该方法用于玄武岩纤维布(BFRP)加固预损伤钢筋混凝土试验梁的失效分析中,模拟了试验梁由于混凝土裂缝扩展引起的界面剥离全过程,给出了混凝土裂缝扩展与界面应力分布之间的对应关系,得到混凝土开裂是导致BFRP剥离的主要原因的结论.     

一种受剪细观损伤单元模型及其应用

基于剪切损伤破坏机制,发展了相应的细观损伤单元模型,它由弹脆性的微弹簧和模拟裂缝滑移的塑性元件组成.混凝土单轴受压时的宏观性能可用受剪细观损伤单元的并联体来解释,由此建立了混凝土单轴受压的损伤本构关系模型,并建议了塑性变形的简化计算方法.通过引入混凝土剪切单元破坏应变分布随机场,推导了应力与损伤的均值、标准差的表达式.根据混凝土单轴受压时的应力-应变全曲线试验结果,结合随机建模原理和优化算法确定随机场参数和材料参数,将分析得出的受压随机应力-应变关系与试验结果进行比较,二者吻合良好.     

基于损伤理论的钢筋混凝土结构裂缝分析

依据裂缝开展与受拉损伤演化之间的内在联系,提出了基于损伤变量估计裂缝宽度的基本方法.将模型与损伤本构关系以及非线性有限元方法结合,可以精细地描述钢筋混凝土构件在外力作用下的非线性行为,特别是裂缝开展规律.与试验结果的对比表明,该方法不但具有良好的精度,而且能够描述构件非线性发展全过程中裂缝产生和扩展的规律.基于该方法精细分析混凝土结构中裂缝产生和发展的过程,可以为实际工程的分析和设计提供有力的依据.     

混凝土结构的损伤模型及损伤场分析

混凝土结构在外界因素如荷载、温度等作用下,将会产生应力和应变,根据损伤力学的概念,混凝土结构同时将会发生损伤并且产生损伤积累,从而导致材料性能不断劣化,最终产生宏观裂缝直至整个结构破坏.本文提出了一种损伤—应变耦合模型,可计算混凝土结构的损伤场随荷载变化的全过程.3点弯曲梁的算例表明,该模型的分析结果更符合混凝土结构的实际应力场和位移场变化情况,从而为复杂混凝土结构的损伤仿真分析研究奠定了基础.     

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.     

基于多尺度分析的混凝土随机损伤本构关系

通过多尺度能量积分与能量损伤表达建立宏-细观尺度之间的联系,即混凝土宏观尺度的损伤演化可以通过细观单元的分析获得.根据随机细观单元的数值分析结果,积分得到基本细观单元能量的演化,分别计算受拉与受剪损伤的演化曲线.建议了实用的损伤演化公式,并基于基本单元分析获得随机损伤发展参数的均值、标准差及其概率密度分布.混凝土宏观试验的模拟结果验证了多尺度随机损伤本构模型的正确性.     

受火(高温)后混凝土的随机损伤本构关系

结合受火(高温)后混凝土的损伤形态和破坏特征,研究了基于损伤随机演化下受火(高温)后混凝土受拉和受压损伤发展的随机演化规律.引入弹簧损伤单元模型,考虑混凝土初始损伤、受火损伤及裂缝闭合下损伤愈合等因子,利用Weibull分布函数进行推演,建立了受火后混凝土单轴抗拉、单轴抗压的随机损伤本构关系模型.通过计算结果与试验数据的对比验证,从理论结果而非试验数据的拟合上解释了受火(影响)后混凝土应力-应变的四大特点,证实了运用随机损伤本构关系反映受火后混凝土破坏机理的可行性.     

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.     

考虑温度影响的大体积混凝土应力场分析方法

在大体积混凝土应力场计算中,混凝土的弹性模量和徐变变形都与温度有关,温度场应力场存在耦合现象.根据温度损伤和温度对徐变的影响,建立了考虑温度影响的混凝土弹性模量表达式和徐变应变计算的递推公式.应用粘弹性与损伤耦合和正交各向异性损伤理论,描述了混凝土在高应力水平下的非线性徐变特性和由于微裂缝扩展引起的刚度退化与应变软化,建立了考虑温度影响的大体积混凝土结构应力场分析的有限元表达式.将这一结果应用于沙牌拱坝应力场计算中,考虑温度影响后,发现坝体局部应力可能出现恶化,对开裂控制不利.     

混凝土徐变损伤演变方程及其在非线性徐变理论中的应用

本文运用连续介质损伤力学的基本方法分析混凝土在高应力下的非线性徐变,根据混凝土徐变过程中内部微裂缝的细观分析,建立了徐变损伤演变方程,同时得到弹性徐变耦合损伤后的非线性徐变本构方程,用所得到的方程分析了在低于长期强度的应力作用下的长期徐变和应力水平高于长期强度时的徐变破坏,计算的结果和一维非线性徐变实验数据符合得较好。     

基于机器视觉和数字图像相关技术的混凝土损伤演化研究

提出一种在试件损伤过程中，以数字图像方法所得应变场为基础，采用机器视觉识别快速获得对应损伤状态下试件表面裂缝分布的裂缝自动识别检测（Automated Crack Detection and Measurement，ACDM）方法. 采用三点弯曲试验，以夹式位移计测量裂缝口张开位移（Crack Mouth Opening Displacement，CMOD）作为参考用真实值，对ACDM的精度进行分析. 结果显示，CMOD小于0.05 mm时，ACDM识别的误差小于0.01 mm，ACDM方法可用于分析微裂缝尺度的混凝土损伤情况. 通过3组不同强度混凝土立方体试件的压缩试验，采用ACDM方法所得裂缝面积直接表征损伤指标来反映试件的损伤演化情况. 结果表明，在宏观裂缝出现之前，在不同损伤阶段下由ACDM方法所得损伤指标，对应数值变化均大于10-3，与目前表征损伤应变场的不均匀性变异系数（Cv）相比更为灵敏和准确.     

运用概率神经网络对混凝土拱坝进行损伤位置的识别

大型水利工程的灾难性事故多由大坝的微小裂缝发展而成,在运行期间对混凝土坝的裂缝进行监测十分重要.提出了基于振动测试数据用概率神经网络对混凝土拱坝进行损伤检测,并针对一混凝土拱坝进行损伤识别的数值模拟分析,结果表明基于振动测试数据利用概率神经网络识别混凝土拱坝的损伤位置是可行的.     

配置表层钢筋的混凝土梁裂缝宽度计算方法

为了研究配置表层钢筋的混凝土梁的开裂性能,对8根配置500 MPa钢筋的矩形混凝土梁进行了受弯性能试验.试验结果表明,在构件的混凝土保护层中配置表层钢筋能使平均裂缝问距减小30%～50%,使短期最大裂缝宽度减小29%～70%.根据试验结果,分析了表层钢筋对混凝土梁平均裂缝间距和平均裂缝宽度的影响规律,并在我国规范GB 50010-2002裂缝宽度计算模式的基础上,提出了考虑表层钢筋的短期最大裂缝宽度计算公式.根据所提出公式计算的结果能够较好地与试验结果吻合.     

混凝土内时损伤本构模型

应用内时理论和损伤力学建立了混凝土内时损伤本构模型。该模型的特点是：混凝土的弹塑性特性由内时理论描述，而微裂缝由损伤力学来描述。前者使本构模型摆脱了一般弹塑性模型中的屈服面的概念，从而简化了非线性计算过程；后者使微裂缝引起的软化、休积膨胀等效应都可由损伤变量来考虑，从而既反映了混凝土的本质特性，又使模型的参数和基本方程大大减少。应用本文建议的本构模型于各种实例分析中，所得计算结果与试验结果符合较好。     

再生混凝土疲劳损伤演化的定量描述

利用再生混凝土的疲劳试验结果,分析常用的几种损伤变量定义法的优缺点;其次,根据疲劳损伤的三阶段演化规律,提出倒S非线性疲劳累积损伤模型,给出材料参数的物理含义及取值范围;最后,基于倒S模型研究再生混凝土的损伤演化规律和疲劳寿命。分析结果表明,弹性模量法、超声波速法、最大应变以及残余应变法都能够反映再生混凝土的疲劳损伤演化规律,而残余应变法由于概念明确,考虑疲劳初始损伤,因此更为合适;拟合得到的损伤演化方程与试验数据高度相关,而理论分析得出的疲劳寿命的变化规律与试验结果也相一致;倒S模型涵盖了损伤演化规律的各种类型,具有适应性强、精度高的特点,适用于混凝土材料的损伤演化描述。     

损伤混凝土毛细吸水性能试验研究和水分分布预测分析

混凝土内部微裂缝的产生或贯通,加快了水及侵蚀性介质侵入混凝土内部的速度,是引起混凝土性能劣化和结构耐久性不足的重要原因.开展了混凝土试件的轴心受拉、受压试验,采用持载、反复加载方式,对混凝土试块分别加载至极限荷载的70%、80%、90%后卸载.为了实现吸水过程的连续性,利用改进后的吸水装置开展损伤混凝土的累积吸水量测试试验.与未加载试件的吸水结果对比分析表明,荷载水平是影响混凝土毛细吸水速率的重要因素.对不同荷载水平的累积吸水曲线i-t1/2,采用线性拟合方法可得到混凝土的初始吸水率(S1)和后期吸水率(S2).根据吸水率试验结果,结合非饱和毛细吸水理论模型,引入Bolzmann变量,建立了损伤混凝土内相对含水量分布的预测分析方法,为开展混凝土内有害介质(如氯离子或者硫酸根离子等)的传输分析提供了工具.     

混凝土坝的温度损伤及损伤仿真计算

通过对混凝土破坏的温度损伤机理分析和试验研究，建立了混凝土温度损伤模型，给出了随温度变化的损伤演变方程，分析了混凝土温度荷载下损伤的累积规律，试验结果与理论计算结果规律比较吻合，验证了模型的正确性，并给出了混凝土坝温度损伤的仿真计算方法。     

混凝土随机损伤本构关系--单轴受压分析

在混凝土受拉随机损伤本构关系研究基础上 ,进一步研究了混凝土单轴受压随机损伤本构关系 .通过考虑混凝土内部各组项的影响 ,建立了混凝土单轴受压损伤机理模型 .通过引入混凝土细观单元受拉破坏应变分布随机场 ,根据混凝土破坏过程的能量守恒原理 ,导出了混凝土受压破坏的随机损伤本构方程 .将导出的理论结果与试验研究进行了对比 ,效果良好 .     

混凝土Ⅲ型裂缝的损伤断裂准则

把损伤理论引入到混凝土的断裂分析中去,推导出了混凝土Ⅲ型裂缝在静动力荷载下缝端附近损伤长度的计算公式,提出了基于允许尺度概念的损伤断裂准则;用圆柱体试件测定了混凝土断裂韧度KⅢc.