混凝土单轴荷载下细观损伤破坏的数值模拟

假设混凝土是由砂浆基质、骨料及它们之间的界面组成的三相复合材料,混凝土的细观力学性质服从Weibull分布,应用细观力学损伤模型研究了混凝土的宏观力学性质,并且通过编制有限元程序对混凝土试件在单向拉伸和压缩情况下的破坏过程进行了数值试验．模拟结果表明,该模型可以用来研究单轴荷载作用下混凝土结构的破坏机理和多种尺寸试样尺寸效应律．     

钢纤维高强混凝土抗冲击性能的数值仿真

采用显式动力有限元软件LS-DYNA,对钢纤维高强混凝土的霍普金森压杆冲击试验过程进行了数值仿真,混凝土和霍普金森压杆的本构关系分别采用弹塑性流体动力模型和虎克定律描述,钢纤维的增强与增韧作用则通过钢纤维高强混凝土强度与失效应变来体现.结果表明:试件内部应力趋近于均匀之前,经历了初始状态的应力震荡;试件的破坏稍微滞后于应力峰值;相同的冲击速度下,钢纤维高强混凝土试件各个时刻的破坏程度轻于未掺钢纤维的基体混凝土试件,当基体混凝土试件裂成多块时,钢纤维高强混凝土试件还基本保持整体.数值仿真结果与试验结果有较好的相似性,基本能够反映出试件受力与破坏的特征.     

箱型钢管混凝土构件在纯扭作用下的数值分析

为研究箱型钢管混凝土构件在纯扭作用下的受力机理,通过ABAQUS对设计的13个模型试件进行数值模拟分析,探讨组合构件中混凝土、型钢以及钢筋在开裂和破坏时的应力变化情况,在传统承载力叠加原理的基础上对型钢混凝土构件受扭承载力方法进行改进研究.研究结果表明:试件开裂前,不同试件的混凝土应力变化相近;试件达到极限状态时,钢管与部分箍筋基本达到屈服,纵向受力钢筋尚未屈服,开裂后的混凝土裂缝呈45°方向发展;通过修正系数计算得到的承载力值与数值模拟误差较小,证明了改进后承载力叠加法的合理性和修正系数的准确性.     

轴压纤维增强复合材料-型钢-混凝土组合短柱的力学性能

为了研究纤维增强复合材料(FRP)管壁厚度和试件尺寸对FRP-型钢-混凝土组合短柱力学性能的影响,对2根FRP-型钢-混凝土组合短柱进行轴心受压实验;利用有限元软件建立数值模型,对10根模拟试件进行分析,绘制试件在静力荷载作用下的荷载-应变曲线,分析FRP管壁厚度及试件尺寸对FRP-型钢-混凝土短柱轴心受压下力学性能的影响规律。结果表明:在试件尺寸相同的情况下,FRP管壁厚度越大,试件的承载能力越强,延性越好;随着试件尺寸的增大,试件极限应力增大的幅度减小,导致试件的延性劣化。     

再生混凝土框架边节点抗震性能试验研究

通过2榀再生混凝土框架边节点试件在低周反复荷载作用下的试验,了解了再生混凝土框架边节点核心区剪切破坏和梁端弯曲破坏形态;得到反复荷载作用下节点核心区箍筋和梁端纵筋荷载-应变滞回曲线,以及核心区箍筋应力随荷载变化规律,运用ABAQUS软件建立了节点有限元模型,采用正反向单调加载的方法近似模拟试件的受力状况,2榀试件的混凝土以及钢筋应力数值计算结果与试验实测结果吻合较好,梁端极限荷载计算值与试验值相差在1.3％～10.3％之间.     

新老混凝土粘结的劈拉受力数值模拟及分析

采用Super91程序对双材料粘结试件和整体试件的劈拉受力进行数值模拟．从应力分析角度研究在劈拉荷载作用下，新老混凝土粘结的应力分布规律．研究结果表明新老混凝土粘结劈拉强度计算公式可近似采用整体混凝土劈拉强度计算公式．     

冲击压裂缩尺混凝土试件室内实验研究

通过对缩尺混凝土板体在冲击荷载作用下的破坏行为进行研究分析,实现对室外冲击的模拟。试验以几何相似为准则,采用类落锤装置提供冲击荷载,通过控制落锤冲击次数,对缩尺板体进行固定位置的冲击破坏,并运用动态观测技术对试件上不同测试点进行观测,以达到研究板体破坏特性的目的。实验表明,冲击压裂合适尺寸的缩尺混凝土板体能够很好地模拟冲击破碎情况;在板体未破坏之前,测试点最大应变响应值与冲击次数呈现出线性的增长;当板体区域刚开始发生结构变化时,变化区的测试点应变响应就会达到其测试峰值;板角,板边和板中对角线上的测试点的应变响应增减量变化与测试区域的破坏状态有关。     

开孔钢板铰缝连接构造推出试验与数值模拟

目的针对公路空心板混凝土铰缝易损坏现象,提出了开孔钢板连接构造,从而解决混凝土铰缝破坏后单板受力的安全问题.方法通过铰缝结构的推出试验,并观察试件的破坏过程和破坏形态,分析开孔板铰缝连接构造的破坏机理;针对铰缝结构的抗剪性能,采用有限元与推出试验相结合的方法,对开孔板铰缝连接构造进行数值模拟.结果在试验荷载刚开始作用于试件时,由于本身静摩擦力存在,结合面未发生滑移;随着荷载增加,结合面内部开始产生微裂纹,并逐步形成较大裂缝,开孔板、贯穿钢筋、混凝土榫及铰缝结合面共同承受外荷载;铰缝结合面产生贯穿裂缝,界面剪力完全由开孔板、钢筋混凝土榫承担,直至完全破坏.结论推出试验荷载-滑移曲线及试件的破坏形态验证了数值模拟方法的正确性,可为进一步对该新型结构抗剪性能及计算方法研究提供依据.     

超高性能混凝土节段拼装混凝土护栏受力性能分析

面对装配化桥梁的高速发展及服役桥梁混凝土护栏改造的装配化需求,提出由超高性能混凝土(ultra-high perform-ance concrete,UHPC)装配连接的新型节段拼装混凝土护栏.通过数值模拟对比分析了准静态荷载和冲击荷载作用下新型节段拼装混凝土护栏和普通混凝土护栏的极限荷载、动力响应和破坏形式.结果 表明:新型节段拼装混凝土护栏在各类加载条件下均具有普通混凝土护栏同等的防撞性能;UHPC构件能替翼缘板吸收大量冲击能量,可有效减小翼缘板受力,起到一定的保护作用.所提混凝土护栏节段拼装方案为混凝土护栏的装配化施工提供参考.     

跨高比对螺旋肋钢丝预应力空心板延性的影响

运用受弯构件全过程数值分析计算程序,在预应力混凝土空心板截面尺寸及荷载形式相同的情况下,对预应力混凝土空心板进行受力全过程的数值分析,即采用计算机模拟试验的方法,探讨了跨高比对中强螺旋肋钢丝预应力混凝土空心板延性影响的总体规律.     

负载下焊接加固铁塔角钢轴压构件的受力性能

为研究不同加固截面形式、初始负载大小对铁塔轴压角钢焊接加固后受力性能的影响,选择了方形和L形两种加固截面形式,在4档不同初始负载下进行了焊接加固角钢的轴压单调加载静力试验,得到了焊接加固后角钢的荷载位移曲线、极限稳定承载力和破坏模式.针对试验试件建立了有限元模型,进行了考虑焊接间接热力耦合方法的数值模拟计算.对比试验和数值计算结果表明:两种加固截面破坏模式为整体弯曲失稳;相对于方形加固截面试件,L形加固截面试件对于热输入的影响更加敏感,延性较差;当初始负载名义应力比不超过0.3时,可以忽略初始负载大小对加固后角钢轴压构件极限稳定承载力的影响.     

基于弹性应力波传播理论的冲击载荷测量

为了研究材料在不同冲击载荷作用下的动态力学性能,需测量冲击载荷与时间的变化规律。根据介质中弹性应力波传播理论和胡克定律,采用了冲击载荷间接测量方法、研制了相应的测试系统。利用钢球作为加载体对该测试系统进行验证,并得到了相应的测试结果。通过理论计算和测试结果的对比分析得出,所提出的冲击载荷间接测量方法正确、研制的测量系统可靠,可为后期的测试装置研制提供有效依据。     

方钢管约束混凝土桥墩拟静力试验

为研究不同约束形式及混凝土墩身与承台间的连接构造对桥墩试件的抗震性能和各项指标的影响规律，设计1根采用混合接头连接的装配式方钢管约束混凝土桥墩试件（SYP-GT4试件）、1根方钢管约束的整体现浇混凝土桥墩试件（SYZ试件）和1根方形截面的整体现浇混凝土桥墩试件（SFZ试件）。在桥墩墩帽处采用位移加载方式完成构件的拟静力试验，观察试件的破坏过程以及破坏模式，分析了桥墩的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、荷载-位移骨架曲线、延性、耗能等特征参数。结果表明，3根混凝土桥墩试件的破坏形态基本一致，二者均为整体压弯破坏模式。SYZ试件与SFZ试件相比，水平峰值荷载提高了46.5%，滞回耗能能力更优，均有很好的延性性能，表明方钢管约束的整体式桥墩抗震性能优于现浇混凝土桥墩；SYP-GT4试件与SYZ试件相比，水平峰值荷载数值相接近，位移延性系数提高了24.1%，残余位移小，变形恢复能力较优，滞回曲线呈现更饱满的梭形，无明显捏缩，连接构造对强度和刚度退化的影响较小，两者抗震性能接近。     

悬臂钢管混凝土构件在横向冲击荷载下承载性能有限元分析

通过理论计算和有限元方法分析了悬臂钢管混凝土构件在横向冲击荷载下的力学性能,根据“统一理论”确定构件的极限弯矩,利用理论公式计算构件的挠度,采用有限元软件ANSYS／LS-DYNA模拟相应工况,并与理论结果比较,得到了构件重点部位的应力、应变和加速度时程,结果表明,当套箍系数、材料强度和尺寸一定时,构件最终挠度与冲击能量成正比;冲击能量从自由端向固定端传递,固定端截面逐步进入屈服,最终形成塑性铰构件成为机动结构,丧失承载力;钢管混凝土构件具有较好的耗能和变形能力。应力、应变呈现典型弹塑性材料自特征．     

循环冲击载荷作用下砂岩破坏模式及其机理

利用岩石动静组合加载SHPB试验装置对不同静载砂岩试件进行循环冲击试验,研究其破坏模式.在研究岩石试件界面摩擦力的基础上,对不同静载作用下岩石试件的应力状态进行分析.研究应力波斜入射到微裂纹时的作用效应,探索具有一定静载的岩石在循环冲击作用下的破裂机理.研究结果表明:对具有三轴静载的试件,应力波在其最大剪应力所在平面进行斜入射时优先破坏.在循环冲击载荷作用下,具有轴向静载的岩石在破坏过程中具有明显的端部效应,而没有轴向静载的岩石则没有端部效应;静载荷的组合形式对岩石在循环冲击作用时的破坏模式影响较大;无静载荷作用时,岩石在循环冲击时逐步破坏成几块,破裂面平行于纵向面,属于张应变破坏;只有轴向静载作用时,岩石试件第1次破坏形成共轭双曲线型破裂面,进而在入射界面处发生破坏,破坏都属于张剪破坏;具有三轴静载作用时,由于轴向静载的不同,岩石最终破坏成圆锥台、圆锥体和V型锥体,破坏属于拉剪破坏.     

球状飞射物对屋面瓦片冲击效应的数值模拟

选取典型的球状混凝土飞射物,研究其对一种典型屋面陶土瓦片的冲击破坏作用.基于ANSYS/LS-DYNA平台,参考落球冲击试验方法建立冲击碰撞的有限元计算模型.选取Johnson-Holmquist-Ceramic本构模型模拟陶土瓦片材料,引入单元应变失效准则模拟瓦片破坏情况,采用显式动力学方法研究落球冲击试验中瓦片应力、应变、变形的时变机理.对冲击速度、球块质量、瓦片倾角进行参数分析,结果表明,瓦片最大等效应力与冲击速率及球块质量大致成正比,与瓦片倾角相关性不大.冲击过程是一个能量显著转移的过程,根据损伤方程计算出陶土瓦片能承受不超过34.35m·s~(-1)的来流风速下球状混凝土飞射物的冲击破坏作用.     

考虑支护作用影响的煤岩巷道变形非线性分析

根据非线性动力学理论,利用FLAC3D数值软件,建立三维计算模型,对锚网锚杆、U型钢支护和吸能支护条件下的煤岩巷道冲击变形规律进行数值模拟,再现深埋巷道变形破坏过程,研究不同支护作用对巷道变形动力响应的影响。数值计算结果说明,锚网锚杆(主动支护)对提高围岩体强度作用明显,但在冲击载荷作用下巷道围岩应力大,变形量也大,破坏程度严重;U型钢支护(被动支护)可有效提高巷道支护强度,冲击作用后同样表现出抵抗能力较差,巷道整体变形较大;吸能支护对于抗缓冲和吸收冲击能作用明显,表现为冲击应力大幅度降低,巷道变形量减小,整体稳定性显著提高。     

蜂窝状钢骨混凝土T形柱-钢梁连接节点性能分析

为了探讨蜂窝状钢骨混凝土T形柱-钢梁节点的受力与变形特性,进行典型强、弱2组节点的单调加载试验和非线性分析,考察轴压比、配箍率、混凝土强度等主要参数对节点承载力的影响.结果表明:强、弱节点的破坏模式分别为梁铰失效模式和剪切失效模式;强节点的承载力主要由钢梁尺寸和钢材强度决定,弱节点的承载力主要由配箍率、混凝土强度、节点区型钢腹板强度和高厚比决定.     

风荷载作用下输电线路数值模拟及金具失效分析

为了缓解风荷载作用下输电线路动力响应造成电力金具断裂失效等问题,通过建立整体输电线路有限元模型,利用随高度变化的Kaimal风速谱和Davenport互相关谱,用谐波叠加法模拟沿输电线路方向多点互相关的随机风风速时程曲线,利用模拟的随机风荷载进行输电线路动力响应分析,提取导线单元的应力并换算为传递给线夹的集中力,对比稳定风荷载计算方法,建立随机风荷载和稳定风荷载两种典型的荷载工况,再通过ABAQUS建立整体连接金具有限元模型,研究了输电线路整体结构中连接金具及复合绝缘子的应力情况。结果表明:风荷载对金具应力有显著影响;在整体模型中,球头挂环较其他金具容易发生断裂破坏,其次是线夹和直角挂板;复合绝缘子杆部连接处采用球头球窝连接方式,容易产生较大弯曲应力而造成杆部过渡处断裂。