基于试验测定的混凝土热工参数反演计算

热工参数的选取,对混凝土结构温度场和温度效应的分析结果有重要影响.为了选取更接近实际的热工参数,采用试验和反演分析相结合的方法,计算影响日照条件下混凝土结构温度场和温度效应分析结果的热工参数.基于一维热传导方程和热边界条件,假设混凝土表面附近温度分布为坐标的二次函数,建立导热系数、混凝土表面换热系数和混凝土表面太阳辐射吸收系数的反演方程;基于热膨胀系数的物理意义,建立其反演公式;最后,根据实测的温度、应变和气象数据,反分析计算一块混凝土板的热工参数.     

基于标准粒子群算法的混凝土箱梁水化热过程热工参数反演

针对通过施工现场和实验室试验获取混凝土箱梁水化热仿真分析所需的热工参数缺乏一定的准确性和便捷性,以某混凝土箱梁水化热过程为试验背景,结合文献研究结果确定混凝土箱梁热工参数的取值范围,采用方差分析确定各参数对温度的敏感性,并通过排序筛选敏感性高的参数作为待反演参数,基于标准粒子群算法,对比遗传算法对敏感性高的5个参数进行反演.研究结果表明:混凝土箱梁浇筑过程中,水泥水化热对温度的影响最大,智能算法能有效反演混凝土箱梁热工参数;当迭代次数增大到一定的程度时,标准粒子群算法对应的目标函数小于遗传算法对应的目标函数,遗传算法收敛过程曲线比较平缓,而标准粒子群算法的早期有突变.     

基于损伤塑性模型的超高性能混凝土双肢墩数值模拟研究

为了准确模拟和预测超高性能混凝土(UHPC)构件在外部作用下的的非线性力学行为,基于塑性损伤模型研究了超高性能混凝土CDP本构参数的取值方法,包括损伤因子和单轴应力-应变关系的确定,并分析了考虑材料损伤和不考虑材料损伤对模拟结果的影响.通过对超高强度混凝土墩进行单调加载试验,得到了试验墩的破坏形态、荷载-位移曲线和位移延性.并建立了数值模型,对试验结果进行了对比分析.结果表明:不考虑材料损伤的CDP模型计算得出的结构承载力与延性,和试验值相比有较大误差,并且荷载-位移曲线在峰值点后的发展趋势与试验结果相去甚远.然而考虑材料损伤演化下的CDP模型能够准确预测UHPC结构的力学性能,最终模拟结果与试验结果之间的误差可以控制在5%以内,运用该方法能够为对UHPC进行更准确的非线性有限元分析提供参考.     

材料热工参数对混凝土箱梁横截面温度场的影响

为研究导热系数和比热容对混凝土箱梁横截面温度场的影响,总结了国内外文献中导热系数和比热容的取值范围,实测了某座混凝土桥的箱梁横截面温度日变化曲线,建立有限元模型开展参数分析。分析结果表明,随导热系数增大或比热容减小,顶板和腹板上部的温度日变化曲线峰值增大,峰值出现时间提前。材料热工参数对腹板下部和底板温度日变化曲线的影响可忽略。当导热系数介于1.0～2.0 W/(m·℃)或比热容介于800～1 000 J/(kg·℃)时,温度日变化曲线有限元计算值与实测值吻合较好。材料热工参数对横截面平均温度曲线最大值的影响可忽略,但对横截面竖向正温度梯度曲线影响较大。随导热系数或比热容增大,顶板和底板正温差减小,对腹板影响可忽略。比热容的影响小于导热系数。     

基于巴西劈裂试验的混凝土细观本构模型参数估计方法

通过力学性能试验确定细观参数取值是离散单元法进一步应用的关键问题。选取5个控制材料宏观响应的细观本构模型参数,建立混凝土材料巴西劈裂试件二维颗粒流程序(particle flow code in two-dimensions,PFC~(2D))计算模型,提出了一种细观参数的估计方法。假定试样的宏观响应与细观参数间为近似线性关系。根据已有研究成果,给出一组细观参数的初始值,利用线性回归得到细观参数对宏观响应的回归系数,建立细观参数与宏观响应的映射关系。定义目标函数为宏观响应的计算值与试验观测值的均方差最小,求解一个约束优化问题,得到细观参数的估计值。以C35混凝土巴西劈裂试验为例进行了模拟,结果表明根据估计的细观参数模拟得到的荷载-位移曲线与实际试验曲线吻合较好,验证了方法的有效性。     

沥青混凝土动态模量及时-温等效方程

应用简单性能试验仪(SPT)进行不同温度和频率下2种沥青混凝土材料动态模量试验,利用时间-温度等效原理和WLF经验公式分析,得到不同基准温度下材料动态模量主曲线簇及位移因子参数值;在Arrhenius粘度公式基础上推导新的时-温等效方程,提出了WLF经验公式中参数C1、C2的物理表达式,并通过试验结果进行验证。研究结果表明:作用频率和温度对沥青混凝土材料动态模量影响规律一致,但材料相位角在不同温度状态下随加载频率呈现不同变化规律;WLF经验公式参数C1、C2与材料玻璃点温度Tg及相应活化能ΔE0相关,随基准温度增加C1减小而C2增大,推导的时-温等效方程能很好地解释这一变化规律;研究成果可为其他沥青混合料动态特性试验研究提供参考。     

纤维混凝土核废料贮存容器可靠度分析

以复掺聚丙烯-玄武岩纤维混凝土为研究对象,对试块进行室内单轴压缩蠕变试验研究,采用Burgers模型拟合蠕变方程.通过等时应力-应变曲线,分析材料弹性模量随时间递减的变化规律,结合试验获取的极限应变和拉压比,最终得到抗拉强度随时间的变化规律作为可靠度评判的标准.其次,运用ANSYS软件分析得到贮存容器300a服役期内时变衰变热-力耦合作用下温度应力.最后,考虑热工参数的不确定性,运用蒙特卡洛随机抽样法得到核废料贮存容器的失效概率.结果表明:失效概率随服役期呈上升趋势,100a内增幅较大,100~300a增长趋势变缓,300a时达到064%.证明纤维混凝土材料自身劣化是导致贮存容器耐久性下降的重要因素.     

寒区方高强钢管-混凝土组合柱轴压性能研究

寒区土木工程设施建设为组合结构的应用提供了发展空间.本文为研究方高强钢管-混凝土组合柱的低温轴压性能,开展了寒区低温下10个采用Q690、Q960方高强钢管-混凝土组合柱轴压试验,揭示了该组合柱低温轴压下的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、极限抗压承载力以及延性等力学性能,分析了低温、钢管壁厚、及钢管强度等参数对该组合柱轴压性能影响.试验结果表明:低温环境下方高强钢管-混凝土组合柱破坏形态为钢管局部屈曲、混凝土压碎及钢管角部焊缝开裂.低温下方高强钢管-混凝土组合柱荷载-位移曲线与其常温曲线相似,包括线性、非线性和衰退阶段.在构件达到峰值承载力时发生混凝土压碎;在荷载-位移曲线衰退阶段,高强钢管发生局部屈曲以及角部焊缝开裂.低温水平对高强钢管-混凝土组合柱极限抗压承载力及刚度均有改善,但削弱其延性.增加高强钢管壁厚及提高钢管材料强度可改善方高强钢管-混凝土组合柱低温轴压性能.该研究构建了考虑低温影响的方高强钢管-混凝土非线性有限元数值分析模型.验证结果表明该有限元模型可较好地模拟高强钢管-混凝土组合柱的低温轴压性能.最后,该研究基于国内外规范计算公式对比分析了高强钢管-混凝土短柱...     

非连续变形分析方法中一些控制参数的设置

非连续变形分析(DDA)方法是近年来发展起来的一种分析不连续介质力学的岩土工程数值模拟方法,该方法涉及到一些人为设定的控制参数,而这些参数会对计算结果产生一定的影响.通过实例分析,作者较深入地探讨了步位移、弹簧刚度及时间步的选取,认为对计算结果影响最大的是步位移,并进一步认为当步位移取值范围为0.1～0.002,弹簧刚度取值范围为20 E～100 E,时间步取值为0.01时不仅迭代速度快,而且对计算结果的影响可以忽略,这在DDA的理论研究及实际应用中均具有重要意义.     

基于性能设计方法的钢筋混凝土柱构件分析

采用软件ABAQUS对一批钢筋混凝土柱试验进行有限元模拟,模拟时对混凝土和钢筋的材料本构进行设置,模拟结束后即可获取该批柱的荷载-位移骨架曲线,并将试验结果和模拟结果进行对比。然后,采用软件ABAQUS模拟不同类型的钢筋混凝土框架柱,并获取该批柱的荷载?位移骨架曲线或弯矩-转角曲线。参考基于性能设计方法,将曲线按照不同因素进行分类,并由这些曲线得出柱的塑性转角限值。研究结果表明,有限元模拟可以较准确地模拟试验情况,柱的性能参数能为柱的性能评估提供定量参考指标。     

钢骨钢管混凝土柱与钢梁空间节点抗震性能的非线性有限元分析

目的研究钢骨方钢管混凝土柱与钢梁空间节点的抗震性能,为工程应用和进一步理论研究提供参考.方法利用大型通用有限元分析软件ABAQUS研究钢骨方钢管混凝土柱-H型钢梁空间组合节点在不同的双向位移荷载加载比例、轴压比和钢骨强度下的抗震性能,通过有限元模拟,得到不同参数时梁端的荷载-位移曲线和骨架曲线;根据得到的曲线和数据,对节点的抗震性能进行深入分析.结果某方向的梁端位移荷载固定不变,随着与其垂直方向的梁端位移荷载逐渐增大时,节点的极限承载力下降,构件耗能性能变差;轴压比为0.2~0.5时,随着柱顶轴力的增加,节点梁端承载力并没有产生明显变化;当轴压比大于0.5时,节点的承载力和延性迅速下降;随着钢骨强度的提高,节点的受力性能增强,但并不明显.结论不同参数时钢骨方钢管混凝土柱-H型钢梁的滞回曲线均比较饱满,未出现明显的捏缩现象,表明节点能够有效地吸收地震能量,可广泛应用于实际工程中.     

超长混凝土楼板温度作用效应分析与模拟计算

文章从混凝土结构的温度分布和温度效应的基本概念出发,分析了混凝土整体结构产生温度应力的原因,提出了ANSYS分析结构温度作用效应的材料与温度参数.针对某实际工程,应用ANSYS软件对混凝土结构温度作用效应进行了仿真模拟,并进行了探讨.     

隧道围岩特性参数反分析与数值模拟

为确定合理的隧道围岩应力场和参数,采用位移反分析法进行分析.结合现场监测数据和FLAC3D有限元软件进行反演分析和围岩变形数值模拟.研究结果表明:运用FLAC3D仿真模拟开挖,隧道拱顶是危险点,开挖之后拱顶上部围岩下沉值较大;通过现场实际监测拱顶点的位移分析可知,当从第六天之后围岩趋于稳定下沉值22 mm,回归分析确定了拱顶下沉值随时间的变化指数曲线关系;根据位移反分析确定围岩弹性模量为2.5 GPa适合该工程条件,围岩其他参数也可按照该方法进行确定.     

混凝土梁弯拉断裂过程的细观分析

将混凝土看成是由骨料、砂浆和界面过渡层组成的三相复合材料.结合部分力学参数试验,采用非线性有限元对混凝土梁受弯拉破坏过程进行了数值模拟.按照试件的实际配比,由Walraven公式计算出各种粒径区间骨料的平面等效面积,然后由随机骨料模型生成混凝土数值试件.混凝土细观结构的破坏由最大拉应力准则判别,对于软化段,采用了应力张开位移模型以缓解计算结果的网格依赖性.计算结果表明:界面厚度取0.2～0.8 mm,对试件的荷载位移全曲线的影响不大;任意形状骨料与圆形骨料的计算结果相近;界面层断裂能对梁宏观荷载位移曲线的形状影响较大.     

环氧基形状记忆聚合物超弹-黏弹性本构及大应变率相关性

为探讨环氧基形状记忆聚合物(ESMP)在大应变状态下由材料超弹-黏弹性引起的应力软化-刚化效应及率相关特性,针对玻璃化转变温度(T_g)附近ESMP在发生大变形时表现出的应力软化和刚化效应进行力学本构方程及其试验研究.利用2阶多项式的超弹性本构方程替换广义Maxwell模型中的线弹性胡克定律以考虑大应变条件下材料的刚化效应,构造出超弹-黏弹性本构方程,并在真应变速率恒定的条件下推导出具有解析表达式、便于工程应用的材料参数测定公式;采用分段线性位移曲线逼近指数变化位移曲线,在温度高于T_g点的橡胶态及低于T_g点7℃的状态下,分组进行不同应变率的ESMP单轴拉伸试验;利用试验数据拟合得到推导本构方程的材料参数,并对其相应的拉伸试验进行数值模拟,试验结果与模拟结果较为吻合.结果表明:ESMP具备明显的率相关特性;随着应变速率的增大,ESMP的软化效应及刚化效应有所增强;应变速率大的切线模量总是大于应变速率小的切线模量.     

型钢再生混凝土框架-再生混凝土砌体墙混合结构协同工作机制研究

为探究在水平地震作用下型钢再生混凝土框架-再生混凝土砌体墙混合结构协同工作的机制,进行了1榀型钢再生混凝土框架与1榀型钢再生混凝土框架-再生混凝土砌体墙试件的拟静力试验.通过分析其试验现象、破坏机理、滞回曲线及骨架曲线,表明砌体墙在框架的约束下能显著提高结构刚度和承载能力.采用非线性有限元软件Perform-3D对试件进行了数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好,得到了结构协同工作时框架与墙体各自的受力状态.在此基础上对该结构进行参数分析,研究了轴压比、宽高比、配钢率和砌体墙厚度4个参数对型钢再生混凝土框架-砌体墙混合结构协同工作的影响.结果表明:随着轴压比的增加,框架-砌体墙承载力先升高后降低;随宽高比的增大,框架-砌体墙承载力显著提高;增大配钢率,框架的承载能力有所增强;随砌体墙厚度的增大,砌体墙部分的承载力和刚度显著增大,但框架部分的荷载-位移曲线变化很小.     

深溪沟水电站厂房坝段温控方案研究

针对深溪沟电站的环境条件和施工特点,按照理论分析-数值仿真-经验判断的技术路线,结合深溪沟厂坝段的实际体形和材料参数,展开了各个坝段的混凝土施工期全过程仿真分析研究,对影响混凝土温度与应力的主要温控措施进行了敏感性分析,提出了符合深溪沟电站厂房坝段工程实际的温控防裂措施,也为类似工程提供参考.     

钢板笼混凝土短柱轴压性能的数值模拟

基于ANSYS有限元平台,通过考虑材料非线性及相关几何参数,建立钢板笼混凝土短柱的三维有限元数值模型,分析不同配箍特征值下钢板笼混凝土短柱的荷载位移曲线,以及核心混凝土受压强度.结果表明:所建立的钢板笼混凝土短柱轴压有限元数值模拟分析模型是可行的,与试验结果基本吻合.     

预应力混凝土箱梁受弯破坏试验研究与数值模拟

设计制作了1片大比例预应力混凝土箱梁模型,对其进行了单调荷载作用下的受弯破坏试验和基于ABAQUS有限元分析软件的受弯破坏全过程数值模拟.结合实测材料性能和现行规范给出的混凝土应力-应变关系,提出了一种混凝土损伤塑形模型(Concrete Damage Plastic)参数计算方法,该方法特别适用于仅测定了材料性能特征值(抗压强度、抗拉强度等),而未测定应力-应变全曲线的情形.使用该方法得到的模拟结果与试验结果吻合较好,表明了该模拟方法的准确性和可行性.     

国产Q550高强钢高温力学性能试验研究

通过稳态拉伸法对国产Q550高强钢高温力学性能进行试验研究,得到20~800℃下钢材的试验现象、力学性能参数、应力-应变关系曲线,并将所得试验结果与国内外相关规范和研究成果对比.试验表明:不同温度下试件破坏时表面及断口形貌区别明显;300℃后随着温度升高,弹性模量、屈服强度、极限强度下降,应力-应变关系曲线的弹性段和强化段缩短,下降段趋于平缓.450℃内高温对断后伸长率影响不大,此后随温度升高断后伸长率急剧增大.现有钢材高温力学性能参数模型对国产Q550高强钢并不适用.因此,分别采用多项式模型和美国国家标准与技术研究院的钢材高温通用材料模型进行拟合,得到高温下Q550高强钢力学性能参数的数学模型.