钢纤维再生砖骨料混凝土损伤本构模型研究

基于应变等效原理与钢纤维再生砖骨料混凝土(SFRBC)微元强度服从Weibull统计分布的规律,建立了SFRBC的统计损伤本构模型.为更好地反映SFRBC实际受压情况,考虑材料残余强度修正系数与损伤应变阈值对模型的影响.基于分布参数模型曲线,拟合出考虑纤维掺量的纤维因子与分布参数的表达式,得出了以纤维因子为变量的统计损伤本构曲线,并与试验结果进行对比.结果表明:修正后的理论曲线与试验曲线符合较好,能有效反映钢纤维掺量的增加、SFRBC的韧性增强及宏观平均强度提高等特点.通过分析SFRBC的累计损伤演化过程可知:纤维掺量的增加可有效延缓SFRBC在峰后的累计损伤发展以及损伤发展速率,模型曲线的下降度应变硬化明显,其韧性及延性随纤维掺量的增加而得到不同程度的增强.     

钢纤维高强混凝土单轴受压本构方程

采用微机控制电液伺服万能试验机,对纤维体积分数Vf为0～3％的钢纤维高强混凝土(SFRHSC)进行了单轴压缩试验,根据卖测的应力-应变曲线的特点提出了含2个参数A和B的单轴受压本构方程．A,B均随Vf的增大而增大,分别明确地反映了钢纤维对混凝土基体的增强和增韧能力．A越大,材料抗压强度fe与弹性极限应力的差值越大;B越大,曲线下降段越平缓．本文还给出了A,B与Vf,fe之间的关系式．     

全再生骨料混凝土基本特性及受压损伤本构

为实现废弃混凝土资源最大化利用和充分挖掘其低碳潜能,提出发展全再生骨料混凝土（FRAC）,即利用废弃混凝土加工成的再生粗、细骨料全部取代天然砂石制备的混凝土。以4种不同的骨料体系作为参变量,完成了FRAC的力学性能、收缩特性和单轴抗压应力-应变关系试验研究。分析结果表明,混凝土抗压强度受再生骨料体系,尤其是全再生细骨料的负面影响较大,但经过配合比优化,FRAC能满足C30强度等级以上的制备设计要求;全再生骨料体系增加了混凝土的干燥收缩,尤其是早期收缩发展;FRAC在单轴受压作用下出现较小变形时,损伤就开始明显发展,通过考虑初始损伤和受力损伤,建立了适用于FRAC的受压损伤本构模型,能很好地描述其应力-应变行为特征。最后,对提升全再生骨料混凝土力学性能未来需要开展的研究方向进行了展望。     

混凝土的单轴率型本构模型

以不同可逆热力学为基础,构造了混凝土的单轴率型本构模型,该模型可描述混凝土的以下特性;初始屈服强度为零;峰值强度随应变速率的增大而增加,在上升段和下降段都是光滑的;当应变趋于无穷大量,应力是收敛的;峰值点处应变不随加载就变速率的增大而变化。另外,根据前人的实验结果,明确提出了在率型本构关系中一致性条件的适用范围是加载应变速率低于应变速率的临界值,这一速率范围也是单轴率型本构模型的适用范围。     

再生块体混凝土的单轴受压试验

首先,将抗压强度分别为26.7,45.0,87.6 MPa的3种旧混凝土块体与普通商品混凝土进行混合浇筑,制作18个再生块体混凝土立方体试件和18个棱柱体试件.然后,进行立方体试件和棱柱体试件的单轴受压试验,研究旧混凝土的取代率及新旧混凝土的抗压强度差对再生块体混凝土受压力学性能的影响.结果表明:在添加低抗压强度(26.7,45.0 MPa)旧混凝土的试件中,新旧混凝土结合良好,界面难以辨别;在添加较高抗压强度(87.6 MPa)旧混凝土的棱柱体试件中,新旧混凝土的结合界面出现分离现象;试件的破坏形态似2个对顶的角锥形状;在新旧混凝土抗压强度差不变的情况下,再生块体混凝土的抗压强度、弹性模量、峰值应变随旧混凝土取代率的增加而降低,取代率对抗压强度影响较大,但对弹性模量、峰值应变的影响较小;在新旧混凝土抗压强度差不同、取代率相同的情况下,随着旧混凝土块体抗压强度的增大,再生块体混凝土的抗压强度、弹性模量、峰值应变均呈一定的上升趋势;再生块体混凝土的泊松比变化不明显,平均值约为0.212.     

钢纤维混凝土的本构模型及力学性能分析

为充分研究钢纤维混凝土的力学性能,基于混凝土的弥散开裂模型,并考虑纤维与混凝土之间的黏结作用,建立了新的钢纤维混凝土本构模型.在模型中分两种情况考虑纤维作用,混凝土开裂前,纤维与混凝土完全黏结,服从复合材料理论;混凝土开裂后,将分别考虑混凝土和钢纤维的贡献.通过黏结滑移模型,计算钢纤维在混凝土中脱黏和拔出过程中,纤维对开裂后混凝土的增强作用.采用Fortran编程,利用有限元软件ABAQUS中提供的子程序Umat,将提出的本构模型引入ABAQUS,并用于有限元模型去模拟钢纤维混凝土的拉伸和四点弯曲试验.通过数值模拟结果和试验数据的对比,充分验证了所提出的钢纤维混凝土本构模型的准确性.并对钢纤维混凝土的受拉强度、残余强度、受弯强度以及韧性等力学性能进行详细的分析.     

考虑地震应变率效应的木材单轴受压本构模型

地震作用下木结构的精细化分析应考虑木材的应变率效应.为确定地震应变率对木材单轴受压力学性能的影响,选取落叶松和樟子松两种木材,分别设计了横纹试件与顺纹试件,通过其在地震应变率10-3 s-1、10-2 s-1、10-1 s-1和准静态应变率10-4 s-1作用下的单轴受压试验,研究了木材应力-应变关系、破坏模式、弹性模量、抗压强度等的变化规律.结果表明：木材抗压强度、弹性模量的单轴受压地震应变率效应明显;随着地震应变率水平的增大,木材抗压强度提高更为显著.进一步建立了考虑地震应变率效应的木材单轴受压本构模型,编写了相应的UMAT子程序,并将其嵌入ABAQUS有限元软件中.在此基础上,对木材进行了单轴受压数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好,验证了本构模型、UMAT子程序的正确性.研究成果可为木结构的抗震分析提供本构支持.     

单轴状态下混凝土的静力、动力损伤本构模型

根据混凝土损伤理论及混凝土在单轴拉(压)状态下的变形与损伤特性的试验结果,提出了混凝土在单向受力状态下的静力与动力损伤本构模型。经验证,文中提出的弹塑性本构模型能较好地反映混凝土在单轴状态下的损伤演化规律     

高强再生混凝土常规三轴受压本构曲线试验

为了研究高强再生混凝土单轴及常规三轴应力状态下的受压应力-应变全曲线特征,通过RMT - 201完成43个Φ50 mm× 100 mm圆柱体试验,分析了不同围压、不同再生粗骨料取代率对高强再生混凝土强度、峰值应变以及全曲线的影响,提出了高强再生混凝土应力-应变曲线本构方程.试验结果表明:高强再生混凝土试件破坏形态与普通...     

非均匀受压下的箍筋约束混凝土本构模型

以Mander提出的箍筋约束混凝土模型为基础,考虑构件非均匀受压下截面应变梯度对箍筋约束效应的影响,引入偏心率系数反映非均匀受压下偏心率对箍筋有效约束力的影响,建立了一类新的箍筋约束混凝土模型.将这一模型与柔度法纤维梁柱单元相结合,实现了在计算过程中动态更新构件不同位置、不同受力状态下的截面偏心率以及相应的约束混凝土应力-应变关系.对钢筋混凝土柱的分析结果表明建立的模型物理意义明确、计算精度较高.     

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.     

再生卵石骨料混凝土力学性能及其应力-应变本构关系

采用以卵石为粗骨料的原生混凝土作为再生混凝土来源,通过破碎、筛分获取再生卵石粗骨料,配制再生卵石骨料混凝土.以取代率为变化参数,设计99个试件.通过试验,获取其立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、抗折强度、弹性模量、泊松比等力学性能指标及应力-应变全过程曲线.分析了再生卵石骨料混凝土损伤演化、变形和能量耗散等力学性能.采用分段式本构关系模型和损伤本构关系模型对再生混凝土的应力-应变本构关系进行研究,并提出相应的本构方程.结果表明,与天然混凝土相比,再生卵石骨料混凝土的抗压、抗折强度略为增大,而弹性模量、变形系数与耗能系数则有不同程度的降低;不同取代率下,再生混凝土应力-应变曲线与天然混凝土相似,但下降段变得陡峭;再生混凝土损伤发展较为迅速,尤其在ε=(3~5)×10-3之间;分段式本构方程和损伤本构方程的计算结果均与实测值吻合较好.     

大骨料混凝土率型内时损伤本构模型

以内时理论和损伤理论为框架,分析了骨料粒径和应变率效应对混凝土损伤的影响.建立了大骨料混凝土的率型内时损伤本构模型,并采用该模型进行多轴动态应力-应变曲线分析.与大骨料混凝土多轴动态试验数据对比结果显示数值与试验结果符合较好,说明该模型可作为大骨料混凝土动态性能研究的依据.最后,应用所提出的本构模型和未考虑大骨料因素的内时损伤本构模型对某混凝土拱坝进行非线性地震反应分析,结果表明,应变率和骨料粒径对于结构的强度和刚度影响较大,在分析中应得到重视.     

钢纤维混凝土力学性能和本构关系研究

利用MTS810和直径为74 mm的大尺寸SHPB实验装置开展了钢纤维混凝土的动静态力学性能实验.实验结果表明钢纤维混凝土是一种具有非常明显的钢纤维增强、增韧效应的应变率敏感材料.根据实验应力应变曲线的基本特征,提出了一种钢纤维混凝土的含损伤本构模型.该模型在考虑钢纤维增强、应变率硬化、损伤软化等因素下,描述了钢纤维混凝土的受力响应特性.     

钢纤维再生粗骨料混凝土的力学性能试验研究

基于再生混凝土本身存在一些特性缺陷,试验设计从钢纤维体积率、再生粗骨料置换率以及混凝土的水灰比对钢纤维再生混凝土试块进行力学试验.结果表明:掺入钢纤维的再生混凝土强度值均有所增加;再生骨料置换率和水灰比与钢纤维混凝土的力学强度呈负相关;通过对再生骨料置换率影响下钢纤维再生混凝土劈裂抗拉强度与抗压强度之间的关系,做出拟合曲线,并得出数据模型.     

纳米二氧化硅改性再生混凝土的单轴受压动态力学性能

基于新提出的纳米二氧化硅水泥净浆二次改性再生骨料方法,通过混凝土单轴受压动态力学试验,获得了不同应变率(10-5s-1、10-3s-1、10-1s-1)、不同改性方法(纳米二氧化硅水泥净浆二次改性、纳米二氧化硅粉煤灰复合改性、纳米二氧化硅预浸泡)的再生混凝土单轴受压应力-应变曲线,分析对比了改性前后应力-应变曲线特征。结果表明,新的改性方法能够有效改善再生混凝土力学性能,准静态下峰值应力提升25.1%,弹性模量增加85.8%。改性后再生混凝土的峰值应力和弹性模量动态增长因子降低,而峰值应变动态增长因子提高。最后,提出了改性后再生混凝土动态应力-应变本构模型,对比结果显示,模型预测曲线与试验曲线吻合较好,能为工程设计和应用提供依据。     

单轴压缩下粗砂岩热损伤统计本构模型

基于岩石的强度随机统计分布的特点及应变强度理论,应用损伤力学的相关知识,考虑微原体破坏及弹性模量与温度间的非线性关系,建立了单轴压缩条件下粗砂岩温度热损伤后统计本构模型.然后采用伺服试验机对经历了高温烘烤冷却后的粗砂岩试件进行了单轴压缩试验,并根据试验结果对粗砂岩力学参数与温度间的关系进行了讨论,给出了考虑温度热损伤的统计本构模型参数.通过与单轴压缩实验结果相对比,显示了所建模型的合理性.     

土坯力学性能及受压本构模型研究

为获取传统土坯受压应力-应变特性,确定其数学表达式,针对湿制法和干打法制作的土坯开展了单轴抗压试验和三点抗折试验。分别从抗压、抗折强度、破坏机理以及应力-应变关系等方面分析了两类土坯的力学性能。结果表明,普通砌墙砖的抗压及抗折试验方法均适用于传统土坯,干打土坯的抗压强度为湿制土坯的3倍,抗折强度为湿制土坯的1.3倍,但湿制土坯的断裂能为干打土坯的2.5倍。受压初期,干打土坯的应力-应变曲线存在因土料压密而导致的下凹段,而湿制土坯未表现出该特性。基于两类土坯单轴受压状态下的应力-应变曲线特征,提出了土坯单轴受压本构模型,该本构模型与试验数据吻合较好,可用于土坯砌体结构的数值模拟研究。     

超高性能混凝土单轴受压本构关系

为研究超高性能混凝土的单轴受压本构关系,分析比较了不同文献提出的超高性能混凝土单轴受压本构方程的异同,建议了统一的超高性能混凝土单轴受压本构方程形式.基于超高性能混凝土单轴受压试验数据,拟合得到计算峰值压应变和弹性模量的经验公式,并提出了超高性能混凝土单轴受压应力-应变曲线上升段参数的计算公式.结果表明:采用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中提供的本构方程形式计算超高性能混凝土的单轴受压应力-应变关系是可行的;轴心抗压强度在80~150 MPa范围内,当轴心抗压强度相同时,圆柱体试件对应的峰值压应变较棱柱体高5.0×10~(-4)~7.5×10~(-4),且轴心抗压强度越高两者差异越大;所提的峰值压应变、弹性模量计算公式和应力-应变曲线上升段参数计算公式具有较高的准确性和可靠性,可用于超高性能混凝土结构的工程设计.     

随机再生骨料增强混凝土受压应力-应变关系

为研究再生混凝土材料的力学性质,应用ANSYS的APDL参数化编程和AUTOCAD几何功能,生成含随机分布再生骨料、粘结界面和水泥砂浆基体的三相复合材料的细观模型,从细观力学的角度建立再生混凝土材料的非线性损伤本构方程,模拟再生混凝土材料单轴受压时的细观破坏过程,分析界面强度和损伤参数对再生混凝土材料的抗压强度的影响,所得应力-应变关系体现了再生混凝土材料的应变软化现象,与现有的试验结果相比,具有较好的一致性.