基于弹塑性损伤本构的混凝土裂缝扩展分析

该文提供了一种能有效模拟混凝土裂缝扩展的方法,即利用有限元程序中的材料弹塑性损伤本构关系,分别考察了无初始裂缝和有初始裂缝缺陷的钢筋混凝土梁裂缝扩展的过程,从损伤开始到裂缝扩展再到破坏的整个过程中,可以明确地捕捉到混凝土裂纹的产生和扩展演变过程,得到混凝土损伤特性图和损伤状态下的混凝土与钢筋的应力变化。结果表明:钢筋与混凝土共同作用时,能均匀分布混凝土塑性损伤影响区,均匀出现多条损伤裂缝,裂缝扩展形式与实际相符,这种模拟混凝土开裂的方法能够容易得到各荷载阶段的塑性损伤破坏单元;利用塑性损伤模型对构件预制和运输过程中出现的开裂缺陷情况进行模拟,了解到初始裂缝对承载能力有一定影响,应做好构件使用前的开裂检查工作。     

沥青混凝土小梁开裂损伤影响因素分析

为了研究沥青混凝土小梁裂缝在荷载作用下的扩展规律及其影响因素,应用扩展有限元法对预置裂缝的沥青混凝土小梁裂纹扩展进行了数值模拟。在小梁跨中底部预置裂缝,施加固定数值的位移荷载,将裂缝扩展影响因素分为荷载位置(跨中、距离跨中2 cm、距离跨中5 cm)、预设裂缝长度、材料力学参数(抗拉强度、断裂能)。计算结果表明:XFEM裂缝扩展路径不依赖于网格化分和单元边界,裂缝是从单元内部断开,呈现曲折形状,可以显示裂缝扩展的真实形态;裂缝扩展类型与荷载与裂缝的相对位置有关,当施加荷载作用线与裂缝重合时,裂缝扩展区域以受到拉应力为主,扩展类型体现为I型,若两者不重合,裂缝扩展区域以受到拉应力、剪应力的综合作用,裂缝扩展以I-II复合型为主;荷载作用位置离预设裂缝越远,最大主应力峰值、最大主应变峰值都越小,而且裂缝扩展长度也越小;小梁跨中底部的初始裂缝长度越小,裂缝扩展需要的断裂能就越大。改变抗拉强度和断裂能数值表明,抗拉强度的增加只是增大开裂需要的荷载,而断裂能改变不只改变开裂需要的荷载,而且改变小梁受力产生的变形。所以断裂能更能正确反映材料抗裂性能。     

钢桥面沥青铺装层裂缝病害分析

为更准确地反映钢桥面沥青铺装层的裂缝尖端应力场特性及认识其扩展规律,以断裂力学为基础,研究了钢桥面沥青混凝土铺装层裂缝的形成及扩展机理。提出采用20节点等参单元、裂缝奇异单元,建立了铺装层线弹性断裂力学有限元模型,通过裂缝尖端应力强度因子的计算,研究了钢桥面沥青铺装层破坏情况对裂缝扩展的影响。研究表明,裂缝扩展的形式和速率受到铺装层开裂的长度和深度影响,应在其扩展到最不利情况前及时修补。     

基于XFEM的沥青加铺层材料的裂缝扩展

为了研究旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层材料在一定的荷载下的断裂和裂缝发展,采用ABAQUS的扩展有限元法（XFEM）对加铺的沥青混凝土材料进行了数值模拟分析,并结合数值模拟模型进行了相同情况下的裂缝扩展室内试验。结果表明XFEM的数值模拟分析所得数据与室内的试验所得数据具有良好的相关性。最后对实际路面结构进行了模拟分析。为研究沥青混凝土材料加铺的裂缝发展与荷载作用提供了可供参考的方法和数据。     

半刚性基层沥青路面温缩型反射裂缝的扩展机理分析

通过对半刚性基层在温度应力作用下裂缝扩展机理的分析,以线弹性断裂力学理论和有限单元方法为基础、利用ANSYS计算软件,研究了产生反射裂缝的力学机理,分析了各参数对含裂纹路面结构的应力场以及裂纹尖端应力强度因子的影响。结果表明,得出裂纹尖端的应力集中是导致裂缝向上扩展的根本原因,降低基层材料的弹性模量能抑制或延缓基层裂缝的扩展;当裂缝已经反射到面层后,降低面层材料的弹性模量也可以起到抑制或延缓基层裂缝的扩展;同时,外界环境和路面结构对裂缝的扩展亦有较大的影响,应根据当地的气候条件合理地设计沥青面层和基层的厚度,以保证路面结构具有预期设计的抗裂性。为防止或减少反射性裂缝有重要的参考价值。     

虚拟层合单元与杆单元在桥梁预应力混凝土结构分析中的合成方法

对预应力混凝土的计算方法和研究现状做出了评价,提出针对预应力混凝土结构分析的单元形式。通过自由度变换,把空间杆单元的节点自由度用空间虚拟层合单元的节点自由度来表示,即杆单元的节点无需固定在体单元节点上,共同模拟了预应力混凝土结构。在单元内采用选择性积分的方法计算单元刚度矩阵,用较少的单元模拟出了复杂的断面形式;并采用单独的空间杆单元模拟预应力束,能直接求解预应力对结构产生的变形和内力。经实例验证分析,使用该单元进行预应力混凝土结构分析,在网格划分比较稀疏的情况下,仍然获得较为精确的结果,较传统的预应力计算方法更为简单、更为准确。     

基于扩展有限元法的部分斜拉桥索鞍抗裂性分析

为研究部分斜拉桥混凝土索鞍的应力分布规律、优化索鞍的钢筋配置,以宁江松花江特大桥为背景进行分析。采用MIDAS Civil建立全桥空间杆系模型分析桥梁整体受力特性,再基于ABAQUS建立索塔及索鞍实体单元模型,分别采用扩展有限元方法和混凝土塑性损伤本构模型对混凝土索鞍进行数值分析。结果表明:1部分斜拉桥混凝土索鞍在斜拉索索力作用下将产生贯穿孔道的劈裂裂缝;建议增大钢筋直径或者加密水平钢筋间距;2在斜拉索作用下索鞍结构外形突变处产生应力集中,主压应力值超过C50混凝土的抗压强度标准值,建议增设倒角或者圆角;3扩展有限元方法可以较好地预测裂缝的发生与扩展,与混凝土非线性分析的结果基本一致,但在裂缝处的应力场计算有所差异。     

沥青混凝土小梁断裂路径数值模拟研究

半刚性基层沥青混凝土路面是我国最为常见的路面结构形式,但沥青混凝土路面容易在使用过程中发生断裂,而沥青材料的疲劳断裂行为是半刚性基层沥青混凝土路面开裂的主要原因。通过使用扩展有限元方法对沥青混凝土三点预置缺口梁的疲劳裂纹扩展进行了数值模拟,并将数值模拟结果与试验进行了对比,发现两者在断裂形态上非常相似,并且裂纹在最初几次载荷加载时扩展尺寸较大。     

环氧沥青混凝土钢桥面铺装疲劳寿命研究

基于钢桥面铺装的裂缝特点及断裂力学理论,引入裂纹尖端位移CTOD参数研究了钢桥面铺装环氧沥青混凝土裂纹扩展阶段的疲劳演化规律。考虑材料的不均匀性,试验采用切口三点弯曲梁试验方法,在MTS试验系统上进行了3组钢桥面铺装复合梁的疲劳试验,定义了三点弯曲梁方法中环氧沥青混凝土的裂纹起裂点和疲劳破坏点。研究结果表明:环氧沥青混合料的疲劳寿命与断裂韧度有很好的相关性。通过拟合试验结果而建立的以CTOD为参数的预测模型可以方便地预测钢桥面铺装环氧沥青混凝土裂纹扩展阶段的疲劳寿命。     

声发射技术在混凝土空心板桥裂缝检测中的应用

由于传统的裂缝检测方法效果差且不安全,提出采用声发射技术进行桥梁裂缝检测的方法。以驻马店练江河桥为背景,对其南边跨进行静载试验,利用声发射技术检测试验过程中混凝土空心板桥板底和铰缝处的裂缝扩展情况,研究声发射信号与裂缝扩展的对应关系。结果表明:试验过程中,混凝土空心板受力良好,没有出现宏观裂缝和结构性损伤,铰缝产生了较为严重的损伤;低幅值信号由微裂纹的扩展和旧裂缝断裂面的相互摩擦产生,高幅值信号由宏观裂缝的进一步扩展产生;声发射信号分析结果与桥梁实际病害一致,声发射技术应用于混凝土桥梁的裂缝检测具有较好的可行性。