高温下混凝土多相耦合模型数值求解

随着混凝土,特别是高性能混凝土(HPC)在工程中的推广和应用,建立其在不同自然和工程条件下的数学模型,模拟其中发生、发展的物理-化学现象与耦合过程,具有重要科学意义和经济效益.将混凝土材料模型化为非饱和多孔多相系统,基于含有多相流体的变形多孔介质的质量、动量和能量守恒方程,建立高温下混凝土热—湿—气—力学多相耦合数学模型.采用有限单元法进行空间数值离散、时域差分法进行迭代求解,为进一步实现高温下(低于孔隙水的临界温度647.3 K)混凝土的多相耦合行为模拟、分析其中的控制机理提供理论基础及可行性论证.     

盐渍土腐蚀钢筋混凝土研究现状及展望

盐渍土地基对基础中的钢筋混凝土结构具有很强的腐蚀和粉化作用,盐渍土地区钢筋混凝土结构的耐久性,一直是盐渍土地区重点关注和研究的课题。通过梳理近年来中外学者在盐渍土地区展开的相关研究,围绕盐渍土中的氯盐、硫酸盐和复合盐离子对钢筋混凝土结构的腐蚀研究成果,总结出硫酸盐渍土和氯盐渍土的腐蚀化学机理、氯离子进入钢筋混凝土的方式、氯盐的临界浓度以及氯盐的侵入传输模型和复合盐离子腐蚀机理。目前,关于氯盐盐渍土对钢筋混凝土结构的腐蚀效应、侵入模型、腐蚀化学机理等研究已经形成比较完整的理论成果,但仍需进一步结合盐渍土地区的工程实践,对研究成果进行工程时效性验证;硫酸盐渍土对钢筋混凝土构件的腐蚀研究尚处于腐蚀机理研究阶段,硫酸盐渍土地区中水泥类型、混凝土类型和骨料矿物成分等的腐蚀效应、侵入方式和腐蚀破坏模型等还有待进一步研究。     

角区钢筋非均匀锈蚀引发混凝土保护层开裂全过程研究

综合考虑氯离子的扩散过程、钢筋锈蚀的质量守恒以及钢筋锈蚀引起的混凝土保护层开裂力学过程,以角区钢筋为研究对象,在钢筋周围施加随时间变化的非均匀径向位移,对氯离子侵蚀引起的混凝土保护层开裂全过程进行数值分析,得出了裂缝发展的分布规律、裂缝出现以及裂缝贯穿保护层所需的时间。并与实验结果进行对比,验证了模型的准确性。探讨了钢筋直径、混凝土保护层厚度以及混凝土强度的变化对混凝土保护层开裂行为及开裂时间的影响。结果表明,混凝土保护层厚度对开裂全过程影响最大,其次是钢筋直径,混凝土强度对其影响较小。     

水环境与冻融共同作用下混凝土力学性能研究

基于不同pH值水环境下冻融循环对混凝土断裂性能影响的研究现状和发展方向,采用加速腐蚀试验、单轴压缩试验与三点弯曲试验,对在酸碱中性溶液中浸泡、再经不同次数的冻融循环后的混凝土的断裂性能及宏观力学特性进行研究。此外,利用IPP（image-pro plus）软件对由电镜扫描获得的混凝土SEM（scanning electron microscope）图像进行分析,并对损伤劣化规律,以及微观层面混凝土腐蚀及冻害破坏机理等方面进行研究。结果表明：虽然水环境的pH值对冻融前的混凝土各力学性能影响不尽相同,但随着pH值的减小,冻融循环作用对混凝土力学性能的破坏趋于严重。不同pH值溶液浸泡后混凝土试件的内部微观劣化规律相似,损失变量与冻融循环次数存在二次函数关系。由此推导出不同pH溶液下不同冻融循环次数后的损伤变量公式。     

基于SPH方法对强动载下混凝土结构损伤破坏的数值模拟研究

混凝土结构在冲击爆炸等强动载作用下常常发生开坑和震塌等典型的损伤破坏现象,对损伤破坏的精细化数值模拟依赖于准确的材料模型和合适的数值算法,是当前研究的热点问题.本文首先探讨了基于有限元方法和常用单元删除算法模拟混凝土损伤破坏的内在缺陷和不足,然后基于光滑粒子流体动力学方法(SPH)与作者近期提出的混凝土动态损伤材料模型(Kong-Fang模型)相结合,对强动载下混凝土结构损伤破坏进行数值模拟,得到了实验的较好验证.SPH方法结合Kong-Fang材料模型不需要引入常用单元删除算法中的经验参数,提供了具有较好应用前景的混凝土结构动态损伤破坏的数值模拟方法.     

钢筋混凝土靶侵彻过程中空腔膨胀响应分区研究

本文以钢筋混凝土动态空腔膨胀理论模型为基础,分析了体积配筋率及混凝土强度对各分区界面速度的影响;提出了侵彻过程中不同速度下,混凝土破裂区、粉碎区区域大小的计算方法,并讨论了配筋率、混凝土强度对各区域大小的影响,得到了侵彻过程中混凝损伤区域的变化规律.利用LS-DYNA有限元软件对钢筋混凝土靶侵彻过程进行了数值模拟,提出以混凝土极限压应变和极限拉应变两阈值为依据,对混凝土靶空腔膨胀响应区域进行识别划分,得到了侵彻过程中混凝土各响应区的区域大小;分析了配筋率、网眼间距等参数对混凝土各响应区域大小的影响.     

GFRP筋混凝土梁抗爆性能试验研究与数值分析

玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋具有耐腐蚀、抗拉承载力高等优点.它们可作为混凝土防护结构的纵筋而代替钢筋.为了明确GFRP筋混凝土梁(GRCBs)的抗爆性能,对GFRP筋混凝土梁和钢筋混凝土梁(SRCBs)进行了爆炸试验、四点弯曲静力试验及数值模拟分析.结果表明:四点弯曲静力试验中,工况是3kg-0.65m的爆炸荷载作用后相同等效刚度设计的GRCBs承载力是SRCBs的5.5倍.在近距离爆炸作用下(比例爆距小于0.5159mkg^-3),由于GFRP筋处于弹性阶段,破坏形式主要是混凝土出现裂纹、剥落和震塌.通过数值模拟分析,增加纤维增强聚合物(FRP)筋刚度可以降低GRCBs跨中位移,跨中最大位移降低率与EA比的比值为0.1,减少GRCBs的裂纹与损伤,增强GRCBs的抗爆性能.当比例爆距小于0.4095mkg^-3,GFRP筋混凝土梁用C50及以上混凝土能有效减少混凝土震塌与剥落.研究表明,GRCBs比SRCBs具有更高的抗爆性能.     

准静态侧向撞击下钢筋混凝土圆柱桥墩破坏模式判别

当大质量车辆高速撞击桥墩时,产生的巨大撞击力可能导致桥墩损伤甚至破坏。本研究准静态侧向撞击下,钢筋混凝土圆柱桥墩的破坏模式。首先根据经典结构力学理论得到桥墩截面最大内力,结合钢筋混凝土圆形截面抗剪、抗弯承载力计算式,得到钢筋混凝土圆柱桥墩抗侧向撞击破坏的强度条件,最后得到剪切、弯曲、剪切弯曲三种破坏模式的判别标准。采用ABAQUS有限元软件对三种工况进行模拟研究,结果表明破坏模式判别标准具有很好的有效性。     

基于ABAQUS的粘钢加固钢筋混凝土柱的研究

通过有限元软件ABAQUS对7根钢筋混凝土柱(其中6根用粘钢加固)在水平反复荷载作用下的模拟研究,比较分析了粘钢加固前后钢筋混凝土柱的滞回曲线、骨架曲线和刚度退化曲线等。结果表明:粘钢加固可以有效地提高柱的承载力、延性和变形能力,减缓刚度退化,改善钢筋混凝土柱的抗震性能;粘钢加固损伤钢筋混凝土柱的抗震性能与损伤程度、轴压比和加固钢板厚度等因素有关。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的抗爆与加固技术研究进展

 爆炸可能导致建筑物的严重破坏甚至灾难性倒塌。爆炸载荷作用下钢筋混凝土结构的动态响应与加固技术是当前结构安全问题的研究热点之一。钢筋混凝土梁作为建筑结构的主要承重构件之一,在爆炸冲击荷载作用下发生破坏很可能引起整个结构的倒塌。综述了国内外在爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动态响应、损伤机理、加固技术等的研究现状与发展趋势,提出了钢筋混凝土梁的抗爆与加固的研究难点和发展方向。