钢筋混凝土薄膜元裂缝角软化桁架模型

提出钢筋混凝土裂缝开展角计算公式和钢筋混凝土裂缝角软化桁架模型。这种模型满足二维应力平衡条件、莫尔应变协调条件和混凝土双轴软化本构关系。它不仅能预估钢筋混凝土的强度,特别是开裂后的剪切强度,而且能表达荷载—变形非线性关系的全过程。     

混凝土开裂的三维非线性数值模拟

作为一种准脆性材料,混凝土在发生开裂后将表现一定的应变软化特性。该文将Bazant提出的钝断裂带模型,扩展到考虑剪切软化情形,推导出全量算法的三维弥散软化本构关系,并对线性、双线性两种应力应变软化关系采用简化的割线模量折减系数,应用于混凝土开裂扩展的三维数值模拟。通过对比三点弯梁试验的数值模拟结果与试验结果,以及与二维增量关系模型的计算结果进行比较,验证了该模型能较好地模拟混凝土开裂行为。     

考虑小应变下刚度衰减特征的软土本构模型

针对上海软土统一本构模型不能模拟小应变情况下土体剪切模量的衰减特征问题,结合小应变下经典刚度理论对小应变范围内的上海软土统一本构模型进行改进,以使软土本构模型能够模拟土体在小应变下的刚度变化规律,并将模拟结果与上海浅层软土在小应变下的三轴剪切试验结果进行对比,以验证改进的软土本构模型的合理性.结果表明,改进的软土本构模型能够模拟小应变情况下土体较高的初始切变模量及其非线性衰减特征,并能够较好地表征自然黏土体的结构和超固结特性.     

巨型框架节点的非线性有限元分析

建立了钢筋混凝土巨型框架节点的非线性有限元分析模型.根据节点的特点,采用整体式钢筋混凝土有限元模式.混凝土本构关系采用增量式Darwin-Pecknold模型,受拉和受压均考虑下降段,完善了双向受力下混凝土强度和峰值应变的计算公式;钢筋的本构关系考虑了混凝土加劲效应和混凝土开裂后钢筋的变形特点;采用分布式裂缝模型;采用增量法和切线刚度迭代法混合策略求解非线性方程组.对3个巨型框架节点试件进行了计算分析,计算挠度曲线和钢筋应变曲线与试验曲线吻合很好,计算的变形模式同试件破坏形态一致.非线性有限元分析从理论上进一步揭示了巨型框架节点的受力性能及其影响因素.     

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.     

一种受剪细观损伤单元模型及其应用

基于剪切损伤破坏机制,发展了相应的细观损伤单元模型,它由弹脆性的微弹簧和模拟裂缝滑移的塑性元件组成.混凝土单轴受压时的宏观性能可用受剪细观损伤单元的并联体来解释,由此建立了混凝土单轴受压的损伤本构关系模型,并建议了塑性变形的简化计算方法.通过引入混凝土剪切单元破坏应变分布随机场,推导了应力与损伤的均值、标准差的表达式.根据混凝土单轴受压时的应力-应变全曲线试验结果,结合随机建模原理和优化算法确定随机场参数和材料参数,将分析得出的受压随机应力-应变关系与试验结果进行比较,二者吻合良好.     

基于非线性本构模型的渡槽结构抗裂性能分析

裂缝的存在直接影响水工结构的使用性、耐久性和安全性。正确预测结构可能开裂位置、判定开裂风险对合理采取抗裂控制措施具有重要的指导作用。采用自主开发的混凝土非线性有限元分析软件建立渡槽混凝土结构计算模型,分析了采用非线性本构模型时结构位移场、应力场。分析结果表明:考虑混凝土的材料非线性特性分析结构的位移场、应力场与采用线性本构模型的计算结果规律一致;但非线性本构模型可以更为精确的进行混凝土结构抗裂性能分析,在一些抗裂要求较高的建筑中应提倡考虑混凝土的材料非线性。     

细观损伤理论的非均质混凝土梁开裂模型

针对传统等效裂缝模型无法与细观损伤理论联系起来,多尺度分析裂缝开展的问题.采用以挠度为自变量的三点弯曲梁损伤计算方法,依据宏观断裂力学和细观损伤理论,根据两参数的Weibull分布理论,将细观损伤本构模型运用描述宏观断裂力学行为,并建立改进的混凝土梁开裂模型.并结合三点弯曲梁试验数据,同时利用ANSYS分析软件对开裂过程进行数值模拟.研究结果表明:采用改进的混凝土梁开裂模型数值模拟结果和试验数据吻合良好,表明该模型能准确描述混凝土梁的开裂,可以作为评价混凝土梁开裂与否的理论判据.     

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.     

钢筋混凝土相互作用效应的钢筋刚化模拟

为了分析大体积钢筋混凝土配筋结构的承载能力,发展了钢筋刚化方法。通过调整钢筋刚度模拟钢筋混凝土受拉刚化效应,推导了刚度调整后的钢筋一维本构关系,并与混凝土弥散裂缝模型结合构成钢筋混凝土分析程序。分别采用钢筋刚化模型和传统的混凝土刚化模型,模拟了McNeice钢筋混凝土板试验,二者的计算结果一致,并均与试验结果高度吻合。结果表明:本模型可以反映受拉刚化效应对结构刚度的贡献,可用于分析钢筋混凝土结构的承载能力。     

劲性钢筋轻骨料混凝土梁正截面受弯数值模拟

为研究劲性钢筋轻骨料混凝土构件的抗裂性能,采用跨中集中荷载的加载方式,通过数值模拟,分析劲性钢筋轻骨料混凝土梁受弯构件变形与荷载的关系。模拟结果表明:劲性钢筋轻骨料混凝土梁刚度较大,但破坏时挠度很大,有很好的延性。当受压区混凝土压碎破坏时,试验梁仍具有很大的承压能力。随着跨中荷载的增大,梁的位移变形也随之增多。跨中荷载增加到40 t时,梁的位移变形开始大幅度增大,导致混凝土开裂。混凝土开裂后,试件截面刚度退化,裂缝宽度增幅显著,裂缝宽度逐渐加宽。试件梁开裂后,裂缝宽度随荷载变化的增长趋于稳定,抗裂性能较好。模拟结果与试验值相符。     

基于体积稳定性的混凝土综合抗裂模型

基于非荷载作用下混凝土的开裂现象，系统分析了混凝土体积稳定性的控制参数及其影响因素，根据变形限制状态下混凝土因环境温湿度变化而产生的内应力具有粘弹性特征，推导了应力松弛系数的数学表达式．在综合考虑混凝土的抗拉强度、徐变特征以及环境温湿度变化引起的总应变的基础上，建立了混凝土的抗裂模型．提高混凝土的抗拉强度傅性模量比、降低混凝土的线膨胀系数和干燥收缩系数是保证混凝土体积稳定性、增强混凝土抗裂性能的有效途径．工程应用的结果验证了混凝土综合抗裂模型的可行性和合理性．     

钢筋混凝土构件非线性有限元分析

本文对原有的通用结构分析程序NONSAP进行了修改扩充,形成了单增荷载下钢筋混凝土构件的非线性有限元分析法.本方法对混凝土采用非线性正交平面等参单元,在材料模型中计入了拉裂、受拉强化、裂缝面上的剪力传递和压应变屈服等混凝土特性;对钢筋采用弹塑性三向连杆单元;引入三向非线性联结单元以模拟钢筋和混凝土之间的相互作用.数值计算采用初始刚度和切线刚度的合混型增量迭代法;在材料破坏时计入了不平衡力的重分配.本方法的计算结果和试验结果符合良好,表明了该程序的可用性.     

弯应力作用下混凝土结构水力劈裂试验研究

混凝土重力坝坝踵在运行期间易出现拉应力,是坝体的薄弱区域。为研究该区域的水力劈裂问题,采用四点弯曲弯矩+高水压的联合施载方式,模拟混凝土重力坝坝踵受拉状态下的水力劈裂破坏过程。基于不同弯矩与水压值组合,研究坝踵因施工应力出现初始裂缝情况下的水力劈裂问题。结果表明,裂缝发展过程中,混凝土试件的应变可分为线性段及指数段,当应变进入指数段时,试样临近破坏;较小的荷载增量即会打破稳态,促使裂缝失稳扩展;劈裂水压与拉应力存在叠加效应,若最值作用位置相同,裂缝尖端应力集中现象明显,易引起水力劈裂破坏,若作用位置不同,则受拉截面应变分布较均匀,较大限度地发挥了混凝土受拉截面的抗劈拉能力,减弱了水力劈裂作用。     

CFRP加固素混凝土拱压缩性能数值模拟

为增强素混凝土拱的工程抗力,发挥碳纤维增强复合材料(CFRP)性能优势,基于ABAQUS对不同CFRP加固形式的混凝土拱进行了数值模拟.通过建立混凝土损伤塑性模型和引入CFRP与混凝土的粘聚力界面关系,得到了不同的加固形式下复合拱结构静力破坏模式,并与试验结果进行了对比分析,获得了混凝土拱在压缩载荷下的损伤扩展情况和界...     

分布式光纤裂缝传感技术的试验研究

为探讨光纤-混凝土复合体在开裂过程中形成的力学-光学本构关系,本文采用模型试验方法对混凝土裂缝监测的分布式光纤传感力学-光学本构关系进行了实测标定,将试验结果中的混凝土裂缝宽度和光损耗值绘于坐标图上,分别采用半对数坐标幂函数拟合和普通坐标的多项式拟合2种方法建立了二者之间的函数关系。2种拟合方法结果的比较表明,普通坐标多项式拟合法优于半对数坐标幂函数拟合法。     

钢筋混凝土结构裂缝损伤状态模型建模方法与分析

提出了一种钢筋混凝土(RC)结构裂缝损伤状态模型的有限元建模方法.基于弥散裂缝数值模型,采用ANSYS中APDL实体建模技术,通过调控单元应力应变关系矩阵来模拟裂缝开裂后的力学行为,建立钢筋混凝土结构在含有稳定裂缝损伤情况下的状态模型.作为数值算例,分析了钢筋混凝土简支梁在不同开裂状态、不同开裂位置和多种阻尼工况下的静动力特性.结果表明,混凝土首次开裂对结构静动力特性影响最大,已有裂缝的张开闭合对结构的影响较小.简支梁的不利开裂位置集中在荷载响应较大的支座和跨中附近,以支座处最为不利.阻尼削弱钢筋混凝土梁的动态响应,对结构影响机理复杂,非线性明显.上述分析验证了该裂缝损伤状态模型建模方法的合理性和有效性.     

一种新型钢-混凝土组合结构的抗爆性能

为了提高防护结构的抗爆炸性能,提出了压型钢板一方钢管钢筋混凝土组合结构.运用ANSYS大型有限元软件,对这种新型的防护结构和普通钢筋混凝土结构在相同爆炸荷载下的响应进行了数值模拟和对比分析.研究结果表明:这种新型的防护结构能够降低结构变形,防止底部混凝土过早开裂,同时具有较高的强度储备,是一种比较理想的抗爆炸防护结构.     

CFRP板加固箱梁桥顶板在沥青面层施工高温作用后的疲劳性能

为了研究沥青面层施工时的高温对公铁两用CFRP板加固的箱梁桥顶板疲劳性能的影响,在室内对粘贴CFRP板前后的钢筋混凝土梁进行了高温环境下的疲劳模拟对比试验.从钢筋、混凝土、CFRP应变的角度,开展了高温对粘贴CFRP板的钢筋混凝土试验梁疲劳裂缝发展、挠度增长规律、黏结胶层及界面应力影响的研究.结果表明:经过高温阶段后粘贴CFRP板的钢筋混凝土梁在疲劳强度、刚度、阻止裂缝发展、抗弯极限承载能力等方面都比未粘贴CFRP板前有所提高.极限承载能力提高了24.6%,刚度提高了23.0%,平均最大裂缝减小了15.2%.     

折线先张法预应力工字梁受力性能试验

为克服直线先张法的预应力筋不能弯折而使桥梁跨径受限,以30 m折线先张法预应力混凝土工字梁为研究对象,研究折线先张法工字梁在弹塑性阶段的应力、变形、裂缝和承载能力,进行理论计算及静载破坏试验,并利用Midas Civil有限元软件的psc程序计算,对比静载试验与有限元模型。结果表明：在弹性阶段,荷载与混凝土应变、挠度的试验曲线均呈线性变化;跨中截面和3L/8截面为梁体应变的危险截面;加载至1～1.4倍的开裂荷载时,L/4、L/2截面挠度变化仍基本处于线性增大状态,斜率约为按弹性阶段计算的2倍;当出现第一条裂缝后,随着荷载的增加,裂缝继续向工字梁腹板延伸,跨中底板及腹板附近出现新裂缝,但未出现梁端剪切裂缝或破损现象。预应力混凝土工字梁的应力、挠度校验系数均小于1,表明折线先张法工字梁的抗弯和抗剪承载能力、强度、刚度、抗裂性均满足设计及规范要求。