混凝土与混凝土接触摩擦试验及其数值计算模型

目的研究混凝土与混凝土接触摩擦特性,得到混凝土与混凝土接触面剪切应力与剪切位移变化关系,为相似剪切破坏问题的数值计算提供依据.方法采用直剪试验和数值计算两种方法对混凝土与混凝土间的接触摩擦响应进行分析,对试验进行数值计算,并与试验结果进行了对比分析,利用PPR内聚力模型来描述接触面的接触摩擦响应.结果接触面剪切应力随剪切位移变化过程可分为弹性变形阶段、塑性硬化变形阶段和理想塑性变形阶段;剪切应力达到峰值后,接触面仍处于较高的应力状态,局部位置会出现应力集中态和局部破坏.Archard非线性摩擦幂次准则能够较好地描绘出混凝土与混凝土接触面剪切应力峰值与轴向应力的关系.结论数值计算剪切应力随剪切位移变化关系曲线与试验结果基本吻合.在轴向荷载较小时数值结果与试验结果存在较小差异.PPR内聚力模型能够较准确地反映剪切破坏问题中剪切应力随剪切位移变化中各阶段的响应,可用来描述相似剪切破坏过程.     

土-结构接触面剪切全过程本构关系研究

结合室内直剪试验分析土与结构接触面的本构关系,研究不同法向应力条件下接触面的变形特征和应力路径,并构建反映土-结构接触面本构关系的数学模型.试验结果表明:法向应力和界面粗糙度是影响接触面剪切特性的主要因素.界限法向应力的存在使得剪切破坏模式发生转变,其数值与接触面的粗糙度和土体的相关剪切属性有关.此外对接触面统计损伤本构模型进行改进,在忽略接触面厚度参数的基础上,结合剪切过程中的“三阶段”模式,提出了考虑接触面剪切全过程的统计损伤改进模型,并通过试验数据验证其正确性.该模型可以反映一定法向应力情况下土-结构接触面周围的整体变形量.     

结构接触面剪切特性及软硬化损伤模型

采用大型直剪仪进行了黏性土、砂土两种土样与混凝土接触面的直剪试验,研究了不同法向应力条件下,土与混凝土接触面上的应力、应变及破坏强度等特征.试验结果表明:对于黏性土与混凝土接触面的剪切加载,剪切过程表现出应变软化特性,残余应力水平趋于稳定状态;砂土与混凝土接触面的剪切过程主要表现为应变硬化,残余应力缓慢增长.针对土与结构接触面剪切特性,从损伤力学理论出发提出了考虑应变硬化和软化特性的结构接触面剪切损伤本构模型及模型参数确定的方法.该模型能充分反映土-结构接触面的应变软化和硬化特性,参数较少,方便实用.     

考虑渗透水压力的黏土与混凝土接触面力学特性

采用大型直剪仪进行黏土与混凝土接触面的单向直剪试验,研究接触面在不同渗透水压力和法向应力作用下的力学特性,并对黏土与混凝土接触面的强度及应力变形特性进行分析,基于双曲线模型提出了考虑渗透水压力作用的黏土与混凝土接触面本构模型。结果表明:接触面的剪应力与相对剪切位移较好地满足双曲线关系,竖向位移表现为剪缩;接触面的抗剪强度与接触土体的饱和状态显著相关,当土体由非饱和状态过渡至饱和状态时,接触面抗剪强度随渗透水压力的增大显著降低;当接触土体趋于饱和时,抗剪强度随渗透水压力增大的降幅随之减小,且与有效法向应力间呈较好的线性关系;模型计算结果与试验结果吻合较好,验证了所提出的考虑渗透水压力作用下黏土与混凝土的接触面本构模型是合理的。     

模拟不同形态土-岩界面的直剪试验

土-岩界面具有特殊的工程地质性质,为了研究土-岩界面的剪切特性,在实验室制备了若干不同形态接触面和不同材料性质的圆盘试样,开展室内直剪试验,并对剪切破坏面的颗粒分布和接触面剪切本构模型进行分析。研究表明:接触面的应力-应变曲线呈现出弹塑性变化特点,利用指数型接触面摩擦本构模型,可以较好地反映剪切过程中接触面的应力-应变关系;剪切面颗粒在剪切过程中发生了破碎和移动,颗粒破碎所需的力大于移动所需的力,宏观上表现为抗剪强度的差异,颗粒重新分布及接触面闭合共同作用导致试样的法向变形;低法向荷载下,接触面强度低于两侧材料强度,随着法向荷载增大,接触面强度逐渐增大,其残余强度值位于两侧材料强度之间。     

砂砾石与结构接触面强度与变形特性试验研究

通过长江科学院和四川大学华西岩土仪器研究所针对实际工程中的砂砾石料与结构物所形成的接触面联合研制的大型叠环单剪仪,对砂砾石料与凝土接触面及夹泥皮混凝土接触面力学特性进行了相关试验研究.试验结果表明,泥皮的作用对结构接触面特征影响较大,在试验的法向应力范围内,砂砾石料与混凝土板接触面的剪应力与相对剪切位移呈现出较好的双曲线关系,可用Clough-Duncan双线性模型进行描述;而砂砾石料与夹泥皮的混凝土板的接触面试验在达破坏阶段后切向变形具有刚塑性的变形特征,可用殷宗泽刚塑性模型进行描述.     

土与结构接触面力学特性研究现状与展望

总结国内外土与结构接触面力学特性研究的现状,系统介绍接触面力学特性研究领域在试验模拟、本构模型以及计算方法方面的进展,分析不同试验仪器的特点,讨论现有接触面模型及计算方法的应用条件和存在的问题,指出:土与结构接触面复杂应力状态及高应力状态下特性研究、剪胀(剪缩)测试及颗粒破碎机理研究,特殊土与结构接触面的力学特性研究以及接触面动力特性研究等是今后研究的主要方向.     

FRP抗剪加固混凝土梁中间裂缝的扩展过程

基于单剪试验模型,采用割线形式卸载的双线性剪切-滑移本构关系对FRP侧面黏贴抗剪加固混凝土梁的界面破坏过程进行了研究,详细分析了中间裂缝的扩展过程.首先依据裂缝两侧不同的黏结长度分布对裂缝进行详细分类,在此基础上绘制了详细的界面破坏流程图,推导得出了每一类裂缝每一阶段裂缝处的正应力和裂缝宽度的解析表达式,由此得到了界面破坏过程中裂缝处的正应力与裂缝宽度关系曲线,通过构造的有限元模型对文中的算例进行了数值模拟,验证了理论推导的准确性和可靠性.     

高速公路加筋土体的滑移变形过程模拟

首先分析了加筋土颗粒接触面处的单元剪切刚度矩阵,并考虑土体剪切破坏的应力特点,引入莫尔库伦强度准则对加筋土体的微元强度进行度量,从而建立了模拟加筋土体滑移变形过程的统计损伤本构模型.在此基础上,进而提出一种较完备的,且参数少、物理意义明确的模型参数确定方法.最后,通过与常规直剪试验曲线的对比分析,发现该模型能够模拟加筋土体的滑移变形特性,并进而探讨了土体抗剪强度随法向应力的变化规律,从而验证了模型的合理性.     

考虑混凝土损伤塑性的CFST柱轴压力学性能数值模拟

目的将混凝土损伤塑性模型应用于钢管混凝土柱弹塑性全过程受力分析,验证模型的可行性.方法在总结相关文献的基础上,选取钢材和混凝土的本构关系模型,定义混凝土损伤塑性因子,以及混凝土压缩复原和拉伸恢复系数,对方钢管混凝土短柱进行有限元模拟,并与试验结果进行对比.结果考虑混凝土损伤塑性模型的极限承载力数值模拟结果与试验结果更接近,荷载-平均纵向应变数值模拟曲线与试验曲线吻合更好,柱中部破坏面的混凝土应力分布更均匀.说明在钢管混凝土结构有限元模拟中考虑混凝土损伤塑性是提高其分析精度的重要保证.结论数值模拟结果与试验结果一致性较好,说明有限元模型和相关参数设置是合理的.