沙漠砂聚苯乙烯混凝土峰前、峰后应力松弛试验研究

采用分级加载的方式,对密度为900 kg/m~3的沙漠砂聚苯乙烯(EPS)混凝土进行单轴峰前、峰后应力松弛试验,根据试验结果系统研究沙漠砂EPS混凝土的峰前、峰后应力松弛特性;对广义Kelvin模型引入损伤变量,建立沙漠砂EPS混凝土应力松弛损伤模型,并结合Levenberg-Marquardt优化算法对参数进行辨识。结果表明:沙漠砂EPS混凝土试块峰前、峰后应力松弛曲线形态相似且均由衰减松弛、稳定松弛2个部分组成,衰减松弛部分峰前相较于峰后更为明显,但从稳定松弛角度看,峰后表现更为突出;峰前试块的应力松弛量随应变的增大而增大,剩余应力比随应变的增大而减小,峰后试块的应力松弛量随应变的增大呈现递减趋势,剩余应力比随应变的增大呈现增大趋势;相较于广义Kelvin模型,广义Kelvin损伤模型可以更好地描述沙漠砂EPS混凝土的峰前、峰后应力松弛特性。     

沙漠砂混凝土轴心受压应力-应变曲线试验分析

为探究单一变量下沙漠砂混凝土应力-应变全曲线,分别设计4组不同沙漠砂取代率的棱柱体混凝土试块,进行单轴受压试验,分析沙漠砂混凝土破坏现象、破坏过程以及破坏特征,并研究不同沙漠砂取代率对沙漠砂混凝土峰值应变、极限应变、弹性模量的影响.研究结果显示:沙漠砂混凝土与普通混凝土相比,其破坏特征具有一定的差异性;取代率为20％时沙漠砂混凝土其轴心受压强度达到最高,且胶凝材料对沙漠砂包裹效果较为明显;沙漠砂混凝土脆性明显高于普通混凝土;沙漠砂混凝土无量纲应力-应变曲线上升段、下升段均采用过镇海模型较为贴合,且能准确描述沙漠砂混凝土在单轴受压作用下的变形特征.     

泡沫填充混凝土的准静态压缩本构模型

泡沫填充混凝土(FFC)有望成为工程材料拦阻系统(EMAS)的新型拦阻材料,针对其准静态压缩力学性能进行研究,制作了6种不同聚苯乙烯泡沫(EPS)掺量(以体积分数计)的FFC试件进行准静态压缩实验.通过对实验数据的分析,对材料的应力-应变曲线进行分段拟合,建立了拟合参数与EPS掺量的关系,进而建立了FFC材料的准静态压缩本构模型.结果表明:FFC材料准静态压缩应力-应变曲线可分为3个阶段,即弹性段、塑性平台段和密实段;FFC抗压强度随EPS掺量增大而降低;本构模型与实验结果吻合较好,能较为准确地描述不同EPS掺量FFC材料的压缩力学性能.     

橡胶沙漠砂混凝土的力学性能及其本构模型

为研究橡胶和沙漠砂对混凝土力学性能的影响，试验采用沙漠砂(替代率为0%～60%)和改性橡胶集料(替代率为0%～15%)掺入混凝土中部分替代河砂，通过单因素试验，共设置16组配合比，分别通过混凝土立方体力学性能试验、混凝土棱柱体单轴压缩试验对橡胶沙漠砂混凝土的力学性能进行研究。试验结果表明：混凝土的立方体抗压强度及劈裂抗拉强度伴随沙漠砂替换率增加先增长后下降；当沙漠砂替换率一定时，橡胶集料替换率增加，混凝土的立方体抗压强度持续降低、峰值应变与极限应变小幅度增加、劈裂抗拉强度呈先降后增再降的规律；基于过镇海模型以及CEB-FIP拟合取得的橡胶沙漠砂混凝土应力-应变曲线与试验获得的曲线契合良好。就有效再利用废物资源来说，建议取用沙漠砂替代率为20%或40%,橡胶集料替代率为10%的橡胶沙漠砂混凝土。     

钢管约束下轻集料混凝土本构模型

通过对比分析5种常用核心混凝土本构模型的特征和适用性,探讨了钢管混凝土本构模型在钢管高强、普通和轻集料混凝土中的适用性.采用不同本构模型计算钢管混凝土构件的轴压,得到构件承载力和应力-应变曲线,通过与试验数据的对比,对现有模型进行了修正,并提出针对钢管轻集料混凝土的本构模型.结果表明:采用塑性损伤模型计算的曲线更符合试验曲线的发展趋势,本文模型在钢管轻集料混凝土有限元分析中有较好的适用性.     

用于剪力墙滞回性能分析的材料本构模型研究

目的提出适用于ABAQUS的混凝土本构计算方法,解决现有材料本构模型不能准确模拟地震作用下钢筋混凝土剪力墙的滞回性能的问题.方法基于《混凝土结构设计规范》附录C混凝土应力-应变曲线,提出适用于ABAQUS的混凝土本构模型;采用钢筋单轴本构模型合理考虑了Bauschinger效应,利用ABAQUS用户子程序接口VUMAT进行二次开发,编制了用于显式动力分析的钢筋本构模型的计算程序,并采用分层壳单元对往复荷载下钢筋混凝土剪力墙滞回性能进行数值模拟.结果通过实验对比,验证了采用笔者采用的混凝土和钢筋本构模型能够较好地反映钢筋混凝土剪力墙在低周往复荷载作用下的滞回性能.结论数值模拟结果与试验结果吻合良好,笔者采用的材料本构模型能够较好地模拟钢筋混凝土剪力墙的滞回性能.     

一种新的混凝土受拉本构模型

混凝土单轴受拉应力-应变曲线存在形式多样且不统一.根据等效应变假设和损伤力学基本原理,建立了单轴受拉混凝土的弹塑性本构模型,可导出已有单轴受拉本构关系,并能反映混凝土的刚度退化和卸载后的残余变形;提出一类损伤函数和不可逆变形表达式,利用应力-应变曲线特征条件和优化算法确定模型参数;与已有受拉结果相比较,模型的预测结果良好。     

粗骨料对高温后沙漠砂混凝土抗压性能影响数值模拟

针对高温作用对混凝土强度带来的不利影响以及中砂资源匮乏的问题,将沙漠砂混凝土视为由粗骨料、沙漠砂砂浆及界面相组成的三相复合材料。采用随机骨料模型建模,对高温后沙漠砂混凝土单轴受压破坏过程进行了数值模拟,分析粗骨料体积含量及粒径大小对高温后沙漠砂混凝土单轴抗压性能的影响。结果表明：高温后沙漠砂混凝土的破坏相继发生于界面相、界面相周边砂浆及外围砂浆,混凝土最终沿近对角线方向发生斜向破坏。随粗骨料体积含量增加,沙漠砂混凝土抗压强度先增大后减小,体积含量45%时,抗压强度最大。相对于最小粒径与中间粒径,粗骨料最大粒径对高温后沙漠砂混凝土抗压强度的影响更为显著。本研究可为沙漠砂混凝土的应用提供理论依据。     

单轴压缩条件下普通混凝土柱的峰后非线性尺寸效应

将单轴压缩条件下遭受到剪切带(峰值应力之后呈现线性应变软化行为)形式的单一剪切破坏普通混凝土试样的峰后应力-应变曲线斜率的解析解推广为非线性情形.在峰值应力之前,采用Scott模型描述非线性的本构关系.剪切带的非线性应变软化本构关系由导出的最短普通混凝土试样峰后斜率反算.利用得到的峰后本构关系,对其他较长的普通混凝土试样的应力-应变曲线进行了预测.预测的峰后应力-应变曲线依赖于试样的高度,且与实验结果吻合.估算的剪切带内部平均塑性剪切应变远大于在单轴压缩条件下测得的轴向应变的极限值.若测得的峰后应力-应变曲线被视为本构关系,则普通混凝土柱的峰后延性将被极大地低估.     

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.     

高温对沙漠砂混凝土抗压强度的影响

为了对沙漠砂混凝土高温后力学性能进行研究,通过不同沙漠砂替代率的沙漠砂混凝土高温试验,分析温度、沙漠砂替代率和冷却方式对沙漠砂混凝土高温后抗压强度的影响规律,建立沙漠砂混凝土高温后抗压强度的衰减模型。结果表明,与普通混凝土相似,随着温度升高,沙漠砂混凝土试件表面颜色逐渐变浅;随温度升高,沙漠砂混凝土抗压强度呈先增大后减小趋势;随着沙漠砂替代率增加,沙漠砂混凝土高温后抗压强度呈先增大后减小趋势,沙漠砂替代率40%时,沙漠砂混凝土高温后抗压强度达到最大。     

CFRP钢管混凝土轴压短柱混凝土本构关系

在钢管混凝土基础上对核心混凝土的本构关系进行修正,得出了适用于CFRP钢管混凝土新型构件的核心混凝土本构关系.使用该混凝土的本构关系,利用ANSYS有限元分析软件对CFRP钢管混凝土轴压短柱构件的应力应变关系进行了数值模拟;并作了相应的8根CFRP钢管混凝土和4根钢管混凝土试件的轴压短柱承载力试验研究.数值分析所得曲线与试验所得的曲线吻合良好,证明经过修正的混凝土本构关系是一种适合于CFRP钢管混凝土轴压构件数值分析的混凝土本构关系.     

粉煤灰掺量和沙漠砂替代率对沙漠砂混凝土力学性能影响

为了研究粉煤灰掺量和沙漠砂替代率对沙漠砂混凝土力学性能影响,进行不同粉煤灰掺量和沙漠砂替代率的沙漠砂混凝土28 d抗压强度和28 d劈裂拉伸强度试验研究,分析粉煤灰掺量和沙漠砂替代率对沙漠砂混凝土28 d的抗压强度和劈裂拉伸强度的影响规律。实验结果表明:随着沙漠砂替代率增加,沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度均呈现先增大后减小趋势,沙漠砂替代率为20%时,沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度均达到最大值;随着粉煤灰掺量增加,沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度先增大后减小,粉煤灰掺量为10%时,沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度达到最大值。试验结果可为沙漠砂在工程中的应用提供指导和借鉴。     

废弃轮毂纤维混凝土单轴受压下本构关系研究

通过对轮毂纤维体积分数掺量分别为0.0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的轮毂纤维混凝土进行单轴受压实验,得到同一应变率下混凝土应力-应变曲线.在废弃轮毂纤维掺量增加的同时,废弃轮毂纤维混凝土的应力-应变峰值均有所增加,达到峰值后均存在应变软化现象.以此试验结果为基础,提出了兼顾混凝土非线性应变效应和轮毂纤维增强效应的轮毂纤维混凝土本构关系,并通过试验曲线拟合得到相应拟合参数,结果表明该本构方程对试验曲线拟合效果良好.借助拟合曲线进行整体对比分析,再次说明了轮毂纤维的增韧效果明显.     

氮含量对0Cr16Ni5Mo马氏体不锈钢高温热变形行为影响

采用Gleeble3800试验机对三种不同N含量的0Cr16Ni5Mo马氏体不锈钢进行等温热压缩实验.通过对真应变-应力曲线及压缩后变形组织的观察,发现相同热变形条件下,N含量的增加提高了试验钢的流变应力,抑制了再结晶晶粒长大.采用Zener-Hollomon参数,以流变应力方程为基础,构建三种本构模型.通过观察拟合应力值与实验值的离散性,确定双曲正弦模型更适用于本试验钢的本构方程计算,优化此计算模型,获得了三种试验钢的本构方程.     

箍筋约束超高性能混凝土本构模型

为研究箍筋约束超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)本构模型,统计了箍筋约束UHPC的试验数据,通过回归分析,理论推导,提出了箍筋约束UHPC的应力-应变关系曲线模型及特征点计算方法,并与试验结果、不同箍筋约束混凝土本构模型进行对比分析。结果表明:钢纤维和箍筋可以有效地提高约束UHPC的峰值应力和峰值应变;峰值应力计算结果与试验结果吻合程度较好,而峰值应变以及峰值应力下降至85%和50%所对应应变的计算结果与试验结果吻合程度不够理想;建议的箍筋约束UHPC应力-应变关系曲线模型与试验结果整体吻合程度较好。     

自应力钢管混凝土中核心混凝土单轴本构关系

普通钢管混凝土短柱核心混凝土的本构关系不能满足自应力钢管混凝土轴压短柱的计算需要.在已有试验的基础上,补做了12根自应力钢管混凝土短柱轴压试验.首先测量了自应力钢管混凝土短柱在限制条件下的膨胀性能;然后对其进行了轴压承载力试验.通过对37根自应力钢管混凝土短柱轴压试验结果进行分解分析,提出一种适用于自应力钢管混凝土短柱轴压计算的等效单轴本构模型,与传统的混凝土本构关系相比,这个本构关系考虑了自应力水平和套箍系数对核心混凝土的影响,并且具有计算简单、方便的特点.     

混凝土冻融损伤后双轴受力下的脆弹性损伤本构模型

针对普通混凝土受冻融循环损伤作用后,其力学行为不仅依赖于混凝土基体的行为,而且与冻融循环次数有关的特性,以冻融循环作用后混凝土试件在双轴压加载条件下的应力-应变关系曲线为研究对象,考虑到混凝土主压向应变会受到次压向有效应力影响的特点,建立了基于损伤力学理论和热力学原理,并考虑了双轴压应力比影响的普通混凝土双轴压损伤本构模型,与冻融循环作用后普通混凝土在双轴压加载条件下测得的应力-应变关系的试验曲线进行了对比分析.研究结果表明:所建立的普通混凝土双轴压损伤本构模型,可以较好地描述冻融循环作用后普通混凝土在双轴压加载条件下的本构关系.     

CFRP加固高强混凝土的本构模型研究

利用主动侧限混凝土柱的轴向压缩本构模型,结合多轴应力下的混凝土破坏准则,建立了CFRP加固高强混凝土的轴向压缩本构关系,并与CFRP加固高强混凝土柱的轴心受压试验结果进行对比分析.结果表明:采用理论模型计算的碳纤维布约束高强混凝土的应力-应变曲线与试验曲线吻合较好.     

玄武岩纤维沙漠砂混凝土柱受压破坏研究

为了研究玄武岩纤维沙漠砂混凝土柱的受压性能。将玄武岩纤维（basalt fiber,BF）加入到沙漠砂混凝土中，设计了12根试验柱。对BF质量掺量为0%、0.05%、0.1%、0.15%的沙漠砂混凝土柱分别进行轴压和偏心距为0mm、60mm、120mm的静力加载试验，对玄武岩纤维沙漠砂混凝土柱的表观特征、破坏形态、承载力、侧向变形、混凝土和钢筋荷载压应变曲线等进行分析。结果表明：BF的掺入可以有效阻止受压柱浇筑初凝时表面出现的开裂；随着BF掺量增加，其抗压强度、承载力、压应变和柱中侧向变形呈先增后减趋势；且偏压试验表明在一定程度上能提高沙漠砂混凝土的抗拉强度；经分析发现普通混凝土的一些规律以及相关规范同样适用于沙漠砂混凝土，且偏心受压基本符合平截面假定。当BF质量掺量为0.1%时，各组受压柱力学性能均达到最优。