弹性损伤材料的应力-应变关系与损伤演化方程

经典连续损伤理论中,通常是由有效应力概念和应变等效假设来建立损伤材料的本构方程。已经发现有效应力概念与应变等效假设存在较大缺陷,基于应变等效假设的损伤本构方程不能正确反映实际材料的损伤行为。为克服经典连续损伤理论存在的缺陷,在严格的不可逆热力学理论基础上,提出了建立损伤本构方程的本构展开法,推导出弹性各向国性损伤材料本构方程的一般形式。研究表明,弹性各向同性损伤可由定义在细观尺度下的一个标量损伤变     

面向纤维单元的钢筋混凝土材料滞回本构模型开发

采用纤维单元模型进行工程结构地震非线性分析,建立精确的材料单轴滞回本构关系,并开发有效的数值计算工具.采用Hoshikuma提出的考虑箍筋约束效应的骨架曲线,通过修正Yassin加卸载滞回规则、引入损伤变量和压-拉转换刚度退化因子建立混凝土材料的滞回本构模型;钢筋材料采用经典的Menegotto-Pinto模型.利用FORTRAN语言开发了混凝土和钢筋单轴本构模型隐式算法子程序.以NSCP程序为平台,通过材料子程序接口,将其植入到主程序中.在材料及结构层次上分别进行数值模拟,并与试验结果进行对比.结果表明,所提出的材料本构模型适用于模拟分析钢筋混凝土结构进入弹塑性状态后的非线性行为,所开发的材料模型子程序具有满足工程需要的计算精度.     

钢筋混凝土梁斜截面破坏仿真模拟

针对钢筋混凝土梁斜截面破坏的仿真研究较少,通过对材料组合模型、材料本构关系和破坏准则以及模拟单元方面进行比选,选择较有利于真实描述钢筋混凝土结构的模型,利用悬臂梁的破坏过程来分析研究斜截面破坏,并对试验结果在破坏形态、极限荷载和竖向位移等方面进行比较,得出在模型选择准确的情况下,有限元分析能够较好地揭示梁斜截面破坏的过程和状态的结论,为研究钢筋混凝土结构的仿真分析提供了较好的借鉴。     

钢筋混凝土梁斜截面破坏仿真模拟

针对钢筋混凝土梁斜截面破坏的仿真研究较少,通过对材料组合模型、材料本构关系和破坏准则以及模拟单元方面进行比选,选择较有利于真实描述钢筋混凝土结构的模型,利用悬臂梁的破坏过程来分析研究斜截面破坏,并对试验结果在破坏形态、极限荷载和竖向位移等方面进行比较,得出在模型选择准确的情况下,有限元分析能够较好地揭示梁斜截面破坏的过程和状态的结论,为研究钢筋混凝土结构的仿真分析提供了较好的借鉴。     

基于统计损伤的沥青混凝土路面本构关系研究

基于统计损伤理论,建立了沥青混凝土在三轴压力作用下的损伤本构模型.分别对不同温度,不同围压下用该模型得出的应力-应变曲线与用双曲线模型得出的应力-应变曲线进行对比,结果表明沥青混凝土材料的强度随温度的升高而降低,随围压的增大而升高,且该模型适用于沥青混凝土材料的弹性阶段.     

基于混合壳单元法预应力混凝土T梁的受力性能

为了准确预测与评估预应力混凝土T梁的力学性能,利用混合壳单元建立了T梁有限元计算模型,对T梁从完好状态至破坏状态的力学行为进行了非线性分析。T梁中弯曲预应力钢筋采用组合壳单元模型,应用虚功原理推导了其对组合壳单元刚度矩阵的贡献,梁底平直预应力钢筋采用分层壳单元模型;利用Owen双参数屈服准则和Hinton压碎准则描述混凝土材料非线性特性,采用双折线本构模型模拟钢筋材料。分析结果表明:混合壳单元法计算结果与试验结果吻合良好,弹性阶段的T梁刚度折减不明显,非线性阶段刚度发生明显折减,跨中预应力钢筋应力增长幅度最大,因此,混合壳单元法对预应力混凝土T梁力学行为分析是有效的。     

模拟酸雨侵蚀环境下钢筋混凝土结构长期性能研究综述

为深化对酸雨侵蚀环境下钢筋混凝土结构长期性能演变机制的认识,论述了酸雨侵蚀作用下混凝土材料腐蚀机理、侵蚀模型和物理力学性能时变过程;分析了酸雨锈蚀钢筋的溶液腐蚀机理和大气动态冲刷机制,总结了锈蚀钢筋形貌表征与锈蚀率指标定量化研究成果,归纳了已有锈蚀钢筋力学性能退化模型和本构模型,概述了钢混界面黏结性能演变规律和黏结-滑移本构关系模型;梳理了梁、柱构件及结构静、动力学性能演变规律的室内试验结果、理论计算方法和数值仿真结果的最新研究进展与不足,并展望了未来的研究方向与重点。研究结果表明:酸雨腐蚀混凝土可归因于酸雨离子成分的交互作用,亟需适用性较强的理论模型以揭示腐蚀和扩散机制;室内加速试验揭示了酸雨侵蚀作用下混凝土物理力学性能时变规律,应完善室内加速试验制度,搭建耦合宏细观层次关键指标的混凝土损伤评价体系和预估模型;酸雨加速锈蚀钢筋试验多基于均匀锈蚀,钢筋腐蚀方法和形貌表征逐渐向不均匀锈蚀发展,应进一步发展高精度扫描技术,借助统计分析理论建立钢筋不均匀锈蚀特征参数,优化钢筋力学性能退化模型;通电锈蚀试验和拉拔试验演绎了钢混界面黏结性能演化规律,并建立了黏结-滑移本构关系,但忽略了实际钢筋混凝土结构的受力特点,且锈蚀过程显著区别于自然锈蚀,应考虑酸雨环境与材料特性复杂多变的特点,研究细微观钢混界面损伤行为,揭示酸雨环境、材料特性与黏结性能的内在关系;酸雨侵蚀钢筋混凝土结构时效性能研究多集中在试件层次,且采用腐蚀试验与承载力试验分阶段进行,忽略了荷载-环境的耦合作用,试验所设环境较为单一,试验制度与方法亦未统一,应对标实际工程,考虑实际结构承载和环境工况,搭建长期荷载-酸雨侵蚀耦合作用试验系统,探索荷载-环境-材料多场关联机制,完善理论计算方法与数值仿真手段,揭示结构长期性能演变过程,并推动现场暴露试验发展,量化室内-现场映射关系,指导工程实际。      

基于Kelvin链率型模型的混凝土徐变有限元计算

基于混凝土徐变固结理论,推导出一种计算混凝土徐变的递推格式,递推过程可以结合使用有限元商用软件来完成。首先,基于Kelvin链模型,将徐变Volterra积分方程转化为率型徐变积分微分方程;其次,将时间进行离散,通过引入中间变量,把率型徐变积分微分方程转化为可递推计算徐变方程;再次,使用可递推计算徐变方程,结合应力应变增量弹性本构关系,建立考虑复杂应力状态下混凝土徐变分析的包含初应变的应力应变增量弹性本构关系。在此本构关系基础上,构建初应变弹性结构有限元分析模型;最后,作为应用,对Ansys有限元商用软件进行二次开发,用Fortran语言修改Ansys软件中材料本构子程序Usermat,并用其计算了一些现有算例。计算结果表明,研究结果与现有算例结果吻合优良。研究方法无需记录应力历史,大大提高计算效率,亦为复杂结构混凝土的徐变计算提供了另一条有效途径。     

沥青混合料等应变率压缩试验的时间依赖性模型

为描述沥青混合料在受力状态下的时间依赖性行为,以等应变率压缩试验曲线特点为依据,建立沥青混合料的可变量本构模型,并推导出不同加载条件下本构方程表达式.通过有效的数值拟合方法获取沥青混合料的本构模型参数,将该模型与三轴等应变率压缩试验曲线进行对比,两者吻合较好,表明可变量本构模型能较好地描述沥青混合料与时间依赖行为,对破坏失效后材料的力学行为曲线有较好地表述.利用拟合参数计算蠕变曲线,其计算蠕变曲线能成功地描述蠕变的第二、三阶段,曲线特点与应力、温度等条件相关,在高温度和高应力条件时达到一定应变条件时所需时间较短,同时稳定期随温度和应力的增加所经历的时间逐渐减少.     

高温作用后混凝土损伤动态本构模型研究

为解决高温对混凝土损伤问题,基于混凝土非线性粘弹性本构模型理论及损伤力学有关理论,建立了包含材料参数、动态模量等9个参数的混凝土损伤型动态本构模型,考虑到高温对混凝土动态力学性能影响显著,将高温损伤内化到对本构模型元件材料参数的影响,并根据实验所得数据,拟合得到模型在各温度下的材料参数值;将模型预测应力-应变曲线与实验所得应力应变曲线比较,结果表明:两者的峰值应力误差在5%以内;峰值应变误差在9%以内;弹性模量误差在7%以内,曲线总体拟合相似度在0.93以上,该模型能较好模拟经受高温作用后的混凝土冲击力学特性.     

大跨度上承式钢桁架拱桥的地震损伤演化模拟

为评估大跨度钢拱桥在多维地震作用下的损伤状态,以一座铁路上承式钢桁架拱桥为研究对象,首先借助OpenSEES平台建立桥梁弹塑性纤维单元模型;接着选取“双参数”损伤指标和应变指标进行损伤评价;最后通过增量动力分析,从构件和全桥两个层面进行损伤评估,并对比两种指标对桥梁主要构件（钢管、钢管混凝土、钢筋混凝土）的适用性. 研究结果表明:基于变形和能量的双参数损伤指标比应变指标的评价结果会严重1～2个等级;相比于地震波纵向作用,大跨度钢桁架拱桥在横向地震作用时损伤更小,在峰值加速度（PGA）为1.5g时全桥仍处于轻微损伤状态;3种类型构件中,钢管构件损伤数量较多但是损伤程度轻,钢管混凝土构件（拱脚）损伤较早但是损伤程度轻,钢筋混凝土构件（交界墩）损伤最为严重,在抗震设计时,应对相应位置予以重视.      

ABAQUS损伤塑性模型损伤因子计算方法研究

大型通用有限元软件ABAQUS广泛应用于钢筋混凝土结构非线性分析中,损伤塑性模型是其非线性分析的主要混凝土本构模型。总结该本构模型的基本原理和特点,着重分析推导了该模型的损伤因子计算方法,给出计算示例并将该参数计算方法应用到一简支梁有限元分析实例中,验证了该方法的可靠性,可为实际工程计算分析提供参考。     

非饱和原状土的弹塑性损伤本构模型

自然界所存在的原状土具有一定的结构性,与室内重塑土在加载过程中所表现出的力学特性（如变形和强度）具有明显的差异．本文以复合体损伤理论为基础,建立了适用于非饱和原状土的弹塑性损伤本构模型,并给出了损伤变量A的演化规律．其主要思想是把土材料看作由相对完整的土和相对破碎土两部分混合而成,二者的力学性能不同,且在受力过程中,相对完整的土逐渐转化为相对破碎的土,故分别采用弹性和弹塑性模型描述．该模型所采用的参数（除结构性参数β、α以外）均可以直接通过实验确定．结果表明,该模型能够较好描述非饱和原状土的应力．应变特性,尤其是应变软化现象,且所给出的扰动变量演化规律也能够较好描述土结构性退化规律．     

钢筋混凝土拱桥极限承载力的参数研究

采用压溃理论和三维仿真模型，分析了钢筋混凝土拱肋在几何非线性、材料非线性、几何缺陷以及混凝土压碎、开裂、骨料嵌锁等因素耦合作用下的极限承载力，以使它的确定更符合实际．重点研究了初始几何缺陷、截面形式、荷载形式和矢跨比等对钢筋混凝土拱肋极限承载力的影响．研究结果表明：混凝土材料的力学特性对大跨径钢筋混凝土拱桥的极限承载力有明显影响；大跨径钢筋混凝土拱肋的极限承载力随初始几何缺陷的增加按分段二次曲线规律减小，与拱肋长细比遵循三次曲线关系规律．     

双线性黏聚区模型在混凝土路面损伤开裂分析中的应用

为了揭示混凝土路面的损伤开裂机理及其对承载力的影响, 考虑混凝土材料的弹塑性, 应用非线性断裂力学中的双线性黏聚区模型, 结合ABAQUS有限元软件, 在预计开裂部位布设黏结单元, 模拟了四点加载小梁试件从弹性响应到断裂失效的全过程, 以验证双线性黏聚区模型在混凝土损伤开裂分析中的适用性; 应用双线性黏聚区模型分析了Winkler地基上混凝土板的断裂特性和损伤后的承载力衰减。分析结果表明: 在加载小梁受荷全过程中, 梁底应力经历了线性增大、达到混凝土极限强度后减小、最大点上移与变为0等阶段, 作用力-加载位移变化与已有研究一致; 在加载全过程中, 混凝土板的截面应力分布变化与小梁类似; 混凝土板在损伤阶段承载力会持续增大, 但由于板的支承条件与四点加载小梁不同, 板的断裂近似于脆性断裂, 无明显承载力衰减过程, 板断裂时的极限承载力与弹性阶段临界状态承载力之比为1.32;混凝土板发生初始损伤后, 极限承载力最大会衰减至未损伤板的87%, 且随着初始损伤程度的增加, 极限承载力衰减速率变大。      

Advanced unified failure model on uniformly reinforced concrete box section members

Based on the traditional Nielsen model,a unified failure model on the uniformly reinforced concrete box section members under combined forces was introduced by Luo and Liu.One of their contributions is adjustment of the shear carrying capacity of concrete at the member failure surface.In the unified failure model,the comparison with the experimental results verified this adjustment.Nevertheless,it should be pointed out that the adjustment factor of shear carrying capacity at member failure surface for the reinforced concrete members in the unified failure model is a fixed adjustment constant for all experiment data,which is basically determined by curve fitting.However,the adjustment factor should vary with the normal stress at the member failure surface.In this paper,an advanced theoretical model is introduced,in which the adjustment factor of shear carrying capacity at failure surface is a variable related to the normal stress at failure surface.Furthermore,the advanced unified failure model on the uniformly reinforced concrete box section member can still be expressed in a simple form.Finally,the comparison with several groups of test data has verified that this advanced model is more accurate and feasible to be used in design.     

带水平滑移层的空心砖填充框架抗震性能试验

为了降低地震作用下填充墙体的破坏程度，提高填充墙体的变形可恢复性能，基于框架填充墙破坏模式，提出了在空心砖填充墙中设置水平滑移层的构造措施；设计并制作了两组足尺填充墙框架构件，进行了拟静力试验，研究了带水平滑移层的填充墙框架的抗震性能；提出了衡量填充墙破坏程度的计算方法，比较了增设水平滑移层的构造措施后填充墙体的破坏程度. 分析结果表明:空心砖填充墙增设水平滑移层后，填充墙体的斜撑作用弱化，水平滑移层的设置改变了墙体的破坏模式，墙体破坏由对角破坏转向滑移破坏，框架构件的耗能能力增加，填充墙体的破坏程度和构件的残余变形显著降低，残余变形下降了27%，填充墙体破坏率最少降低93%以上.      

湿热环境作用下CFRP加固钢筋混凝土梁的抗弯性能

为研究湿热环境下碳纤维增强复合材料（CFRP）加固钢筋混凝土结构的耐久性问题,采用6根湿热环境下CFRP加固的钢筋混凝土梁进行抗弯性能试验,研究在湿热环境下CFRP加固钢筋混凝土梁的破坏形态、承载力、挠度和裂缝等;根据环氧树脂老化的化学反应微分方程和反应速度的指数定律,给出环氧树脂胶层弹性模量的衰减模型;从混凝土和环氧树脂胶层的力学性能出发,提出湿热环境下CFRP加固钢筋混凝土结构后CFRP剥离时的强度计算公式,推导湿热环境作用下CFRP加固钢筋混凝土梁的抗弯承载力计算公式. 研究结果表明:随着湿热环境作用时间的增加,加固梁的抗弯承载力逐渐减小,CFRP剥离破坏由混凝土控制逐渐转换为由环氧树脂胶层控制;随着湿热环境作用的持续,混凝土裂缝数量减小、裂缝宽度增加但挠度减小,加固梁的损伤增大且脆性增加;加固梁的屈服曲率、极限曲率和曲率延性系数均减小,加固梁的延性变差且CFRP剥离破坏时的脆性和离散性增强;试验与理论计算的对比表明,在湿热环境作用下加固梁发生CFRP剥离破坏时,CFRP极限应变的理论值与试验值误差在20%以内,抗弯承载力的理论值与试验值误差在11%以内.      

钢管混凝土提篮拱面外受力性能试验

为探究非保向力效应对钢管混凝土提篮拱桥平面外稳定性能的影响,开展了钢管混凝土(CFST)提篮拱空间受力性能试验和有限元分析;基于某原型桥开展了考虑吊杆影响的钢管混凝土提篮拱空间受力性能试验,揭示了模型拱的破坏机理;基于试验结果和实际工程构造参数建立了钢管混凝土标准提篮拱桥有限元模型,通过是否建立杆系吊杆的方式分别考虑吊...