反复荷载作用下的混凝土损伤本构模型

混凝土损伤模型的研究,实际上是研究混凝土材料的本构行为。在外界因素作用下,材料的累积变形引起结构内部损伤发展,最终的损伤将产生宏观裂缝直至整个结构破坏。根据Najar损伤理论,提出了新的分段曲线混凝土受压损伤变量模型和混凝土受拉软化段损伤变量模型,给出了不同强度混凝土损伤变量方程和损伤演化方程。通过计算对比分析认为,建议的损伤模型与已有的混凝土本构模型较吻合。该方法的优点是参数少,不同的混凝土强度有确定的损伤演变方程,可以动态分析混凝土的累积损伤程度。在此基础上,根据已有混凝土反复荷载作用下的滞回规则,建立了在某一循环荷载下的加载、再加载、卸载路径下的损伤本构模型,该模型考虑了混凝土在反复荷载作用下的应力跌落、裂面效应、强度下降、刚度退化等力学性能。应用本文建议的模型进行反复荷载下的截面损伤计算,试验结果与文献计算结果较吻合。     

高速铁路隧道基底混凝土结构的随机损伤模型

基于热力学原理与能量耗散原理,针对高速铁路隧道基底混凝土结构"拉—压—拉—压"反复受力特点,定义双标量损伤变量,引入硬化函数,建立混凝土受拉、受压条件下基于修正弹塑性亥姆霍兹自由能的随机损伤本构模型。在有效应力空间,根据塑性力学正交法则推导损伤变量的演化法则;在概率密度演化方程求解的基础上,建立"弹性预测—塑性修正—损伤修正"数值分析算法,并进行程序二次开发,实现对随机损伤本构模型的求解。通过与混凝土单轴拉伸、单轴压缩室内试验结果对比,验证所建立随机损伤本构模型的准确性和适用性。该模型既可在均值意义上反映混凝土受拉、受压的应力—应变关系,也可以在概率意义上模拟其离散范围,较为全面地反映了混凝土受力行为的非线性与随机性;可用于计算分析隧道基底混凝土结构的损伤演化规律及损伤疲劳寿命。     

恒高温下混凝土及钢管混凝土受压力学性能研究

对国内进行的恒高温下C20-C80强度等级的混凝土单轴受压力学性能的试验资料进行了重分析,提出了恒高温下C20-C80强度等级混凝土轴心抗压强度、受压弹性模量、受压峰值应变等力学性能指标统一计算公式和混凝土轴心受压应力-应变全曲线计算公式。并进一步建议了恒高温下钢材的多轴弹塑性本构模型和混凝土轴对称三轴受压本拘模型,应用连续介质力学建立高温下钢管混凝土同时受压的同心圆柱体计算模型,采用弹塑性全过程分析理论,编制相应的计算程序,对恒高温下钢管混凝土轴压短柱受力性能进行全过程分析,计算结果与试验结果符合较好。     

L形钢管混凝土柱轴压工作机理的研究

在参考常用的方形钢管混凝土柱核心混凝土本构关系的基础上,提出采用等效约束效应系数ξDB来考虑异形钢管对混凝土的约束作用,建立了适用于L形钢管混凝土柱的核心混凝土本构关系,利用有限元软件ABAQUS建模对L形钢管混凝土柱轴心受压时的荷载-变形全过程进行了计算,计算结果与试验结果符合良好.在此基础上,对荷载-变形全过程中钢管和混凝土所承担的荷载及其相互作用力进行了分析,并考察了长宽比和宽厚比等因素对作用力的影响.     

混凝土本构关系研究进展及发展趋势

对混凝土本构关系的发展、沿革、应用及存在的问题进行梳理和评述,概括分析各类本构关系具有代表性的研究成果。研究指出混凝土本构关系研究在试验技术、理论研究、学科交叉等方面存在的关键科学问题;从学科融合、监测检测技术手段发展等方面对本构关系的发展指出了研究方向;阐明损伤力学本构与人工智能神经网络技术本构具有广阔发展前景;指出特殊环境下专门性本构模型有待进一步深入研究。     

隧道衬砌弹塑性损伤模型建立与应用研究

研究目的:《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)虽然已经施行多年,但还未见有文献运用其中的混凝土损伤本构关系对工程结构进行数值模拟计算的实例,这无疑是工程设计领域的一种不足或缺陷。因此,通过理论推导建立动载长期作用隧道衬砌结构弹塑性损伤模型,并进行二次开发及损伤模型验证是必要的。研究结论:(1)根据《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中建议的混凝土损伤本构关系方程,推导并建立了微分形式的拉、压损伤演化方程;(2)编写了混凝土弹塑性损伤本构模型的相应计算程序,并在有限差分软件FLAC3D软件平台上进行了二次开发及损伤模型验证;(3)采用开发的混凝土损伤模型对高速铁路隧道在不同行车速度和不同围岩级别下的动力响应进行了系统的分析计算,通过结构的损伤分布直观地了解衬砌结构的受力特点及损伤特性,明确结构的危险部位;(4)本研究成果可对动载长期作用下弹塑性损伤隧道设计提供指导。     

早期受扰混凝土受硫酸盐侵蚀后的受荷损伤模型

基于损伤力学原理,考虑初凝至终凝期间早期扰动和硫酸盐侵蚀对混凝土造成的损伤,推导混凝土受压状态下的损伤演化方程和本构方程。通过侵蚀后的早期不同时刻受扰混凝土试件的抗压强度试验及声发射采集结果分析,研究早期扰动对受侵蚀混凝土的应力和弹性模量的影响,并建立早期受扰混凝土受硫酸盐侵蚀后的受荷损伤模型。结果表明:早期扰动会导致混凝土的峰值应力和弹性模量降低,在初凝至终凝中间时刻受扰混凝土的峰值应力和弹性模量降低幅度最大,分别降低了36.1%和34.5%;损伤演化方程和本构方程的拟合结果与试验值的相关系数均在0.98以上;与未受扰混凝土相比,受扰侵蚀混凝土受荷初期压密阶段更长,在初凝至终凝中间时刻受扰的混凝土在相对应力达到70%之前几乎都处于初始压密阶段。     

混凝土损伤本构理论研究及其应用

目前所建立的砼损伤模型都有一个共同的不足之处即其所描述的损伤缺乏可加性，运用Ｂｒｏｂｅｒｇ损伤模型推导出了相关的损伤本构方程，这是一种可避免上述缺点的有效方法；提出了一种运用该理论对砼结构进行损伤有限元分析的方法。     

节段预制拼装梁胶接缝抗剪承载力参数分析

为合理设计节段预制拼装梁剪力键齿胶接缝的抗剪承载力模型试验,采用ABAQUS软件建立试验模型,混凝土本构关系采用考虑塑性损伤的非线性本构模型,接缝间环氧树脂胶采用弹性材料模拟.建立两个块件胶结组合的单面剪切试验模型,并与三个块件胶结组合的双面剪切试验模型对比,发现单面剪切试验模型加载不对称,抗剪承载力计算值偏大,因此采...     

静定预应力混凝土桥梁变形全量形式矩阵分析

基于小时段内混凝土应力线性变化的假定,将积分形式的混凝土时变本构方程在持荷时段内写成矩阵形式,提出了分析静定预应力混凝土桥梁弹性变形和时变变形的全量形式矩阵方法,建立了相应的矩阵方程.     

施工期混凝土时间效应数值分析

推导并且建立了混凝土徐变的应力-应变-时间耦合本构关系的全量型数值迭代模型及其算法.采用该方法对偏心柱和简支梁进行数值计算,计算结果与试验值吻合较好,表明该算法可以满足混凝土构件收缩徐变的分析要求.     

混凝土塑性损伤模型在无砟轨道非线性分析中的应用

为满足无砟轨道非线性损伤分析及长期服役性能研究的需求,基于混凝土塑性损伤本构理论和CA砂浆劈裂抗拉试验结果,建立可考虑无砟轨道各组成结构材料非线性损伤的有限元分析模型。主要考虑温度和列车荷载作用,对比分析塑性损伤模型与线弹性模型对计算结果的影响。结果表明:当无砟轨道结构的受力变形较小时,非线性塑性损伤模型与线弹性模型的计算结果相差不大;当无砟轨道升温幅度超过30℃、正温度梯度超过60℃/m或列车荷载大于225 kN时,两种模型的计算结果开始产生差异且随着荷载的增大而不断扩大。配筋的塑性损伤模型与现场实际结构和材料属性较为相符,可为无砟轨道非线性分析、塑性变形及损伤累积效应分析、长期服役性能研究等提供参考。     

断裂能与统一损伤加载面描述的混凝土本构模型

构建一个混凝土损伤本构模型,研究目的为解决现有模型中存在的损伤演化、双轴强度与网格尺寸依赖性问题。基于试验观察,提出符合实际的压缩损伤演化方程;在不可逆热力学的框架下,利用当量转化应力状态的方法,在应变空间构造统一损伤加载面,以表达混凝土的双轴强度;借助断裂能对损伤阀值正则化的方法,以合理反映应变软化过程中的能量耗散,并达到消除网格尺寸依赖性之目的。采用编制的程序,对单轴与双轴加载、四点弯非比例加载等混凝土试验进行数值计算,验证了模型的合理性与有效性。研究结果表明:模型不仅解决了上述存在的问题,而且具备在较复杂应力路径下预测结构的承载力、变形及裂缝扩展的能力,可为混凝土结构的定量评价提供支持依据。     

型钢混凝土界面试验研究及损伤分析

研究目的:既有关于型钢混凝土组合结构界面粘结关系的研究大多采用有限元模拟或利用推出试验的结果进行拟合分析,而理论研究多未考虑界面损伤对粘结的影响。为得到能真实反映界面粘结情况的粘结力模型,本文基于型钢混凝土推出试验结果,提出界面粘结力模型,并引入界面损伤的概念,分析界面破坏全过程的界面应力演化规律。研究结论:(1)不同试件界面极限承载力因界面粘结情况不同而存在差异,界面破坏后,混凝土对型钢的握裹力基本保持不变,且混凝土与型钢间的动摩擦系数为恒定值;(2)界面所处的状态可分为弹性、损伤及剥离三种状态,粘结力模型参数推荐取值为:界面粘结承载力0. 818 7 MPa,界面摩阻力0. 391 4 MPa;(3)全界面破坏过程将经历完全弹性阶段、弹性-损伤阶段、弹性-损伤-滑移阶段、损伤-滑移阶段、滑移阶段五个阶段;(4)在完全弹性阶段,粘结力的最小值出现在自由端附近而非自由端处;(5)本研究成果可为型钢混凝土组合结构设计中界面粘结关系及界面应力演变规律的确定提供参考。     

基于隔振垫超弹性本构模型的橡胶浮置板轨道动力仿真

以地铁橡胶浮置板轨道为研究对象，基于隔振垫超弹性本构建立地铁车辆-橡胶浮置板轨道-隧道耦合动力分析模型，计算橡胶浮置板轨道的动力响应及减振效果。结果表明：隔振垫超弹性本构模型计算的轨道结构及隧道壁动力响应均更接近实测数据；不同隔振垫刚度工况下，超弹性本构模型计算得到的轨道结构位移均小于线弹性本构模型，钢轨和轨道板位移峰值分别相差10%和40%左右；超弹性本构模型计算得到的轨道板加速度峰值较小而基底加速度峰值较大，且随隔振垫刚度增加，2种模型计算的轨道板振动差异减小、基底振动差异显著增大，常用隔振垫静刚度范围（0.019～0.100 N·mm-3）内超弹性本构模型与线弹性本构模型计算的基底加速度峰值之比最大为2.46，而采用线弹性本构模型将低估橡胶浮置板轨道基底振动；超弹性本构模型计算得到的轨道板振动及基底高频振动较小，而基底低频振动较大，传递损失小，而采用线弹性本构模型将高估地铁振动特征频段（50～80 Hz）的减振作用，放大轨道固有频率附近（16～31.5 Hz）振动。     

ANSYS在体外预应力混凝土结构非线性分析中的应用

体外预应力混凝土结构由于其体外索和梁体在受力过程中变形不相协调的特点使计算比较困难,采用有限元进行数值分析是常用的一种方法。体外预应力混凝土结构有限元建模有其特殊性,如何建立有限元模型是正确分析的基础。详细介绍了如何运用ANSYS对体外预应力混凝土简支梁进行有限元建模及全过程分析,包括单元选取、本构关系的选用、网络的划分、计算的设置等,最后通过实例验证了该建模方法的正确性。     

CRTS Ⅲ型板式无砟轨道自密实混凝土疲劳损伤初探

主要讨论 CRTS Ⅲ型板式无砟轨道自密实混凝土调整层在反复荷载作用下的疲劳损伤特性,根据自密实混凝土损伤本构关系,分析了自密实混凝土疲劳损伤演变过程和几种疲劳寿命S-N曲线。在反复荷载作用下,由于自密实混凝土某些区域存在交变应力或复杂应力区域而容易发生疲劳损伤,最后计算并验证了其疲劳损伤主要集中在自密实混凝土自身微缺陷处和调整层端部边缘处。     

高速铁路(110+208+110)m连续梁-钢管混凝土拱屈曲分析

以高速铁路桥梁比较方案(110+208+110) m连续梁-钢管混凝土拱组合结构桥为背景,探求几何非线性及几何-材料双重非线性对大跨度钢管混凝土拱屈曲失稳的影响程度,研究考虑上述非线性因素后钢管混凝土拱弹塑性屈曲因子的衰减系数。结合相关规范和文献,采用空间有限元软件CSIBridge,以钢管混凝土统一理论为材料本构模型建立全桥空间模型,对结构按实际作用荷载工况进行弹性及弹塑性屈曲分析。结果表明:材料非线性对钢管混凝土拱屈曲失稳的影响比几何非线性的影响大得多,考虑几何-材料双重非线性后钢管混凝土拱弹塑性屈曲因子衰减系数约为0.55。桥式方案中钢管混凝土拱弹性及弹塑性稳定系数均满足国家标准及行业标准要求。     

不同累积概率不平顺状态下轨道板离缝损伤研究

为明晰线弹性模型与非线性损伤塑性模型在无砟轨道不同状态下的适用范围,研究层间离缝纵向扩展过程中轨道板在列车动荷载作用下的损伤萌生扩展规律,基于ABAQUS有限元软件建立CRTSⅠ型板式无砟轨道空间实体模型,以不同累积概率不平顺状态下的扣件支点压力作为荷载激励,分别采用线弹性模型与非线性损伤塑性模型描述轨道板混凝土应力-应变关系,对比分析整体轨道板在2种本构模型下的受力状态,分析其在轨道板-CA砂浆层层间离缝状态下的动力损伤规律。研究结果表明：在轨道结构正常状态下,各累积概率不平顺状态下的轨道板纵、横向拉应力水平较低,可采用线弹性模型简化计算;层间离缝状态下,轨道板上表面将承受较大拉应力而使轨道板受力进入塑性软化阶段,此时可采用非线性损伤塑性模型描述轨道板损伤的萌生、扩展过程。10%～90%累积概率不平顺状态下,轨道板损伤萌生所需离缝纵向长度处于820～890 mm之间,99%累积概率下仅需580 mm。轨道板损伤首先产生于第2组承轨台周围的轨下对应区域,随离缝纵向发展同时向板中与板边扩展直至贯通;轨道不平顺状态越差,轨道板损伤萌生与达到最大拉伸损伤所需离缝纵向长度越小。损伤所产生的塑性...     

超弹性SMA唯象本构模型及其在震动控制中的应用

超弹性形状记忆合金(SMA)具有可恢复应变大、与其他基体耦合难度低以及耐腐蚀性能好等优点,是实施结构振(震)动控制的理想材料。为充分发挥超弹性SMA的减振(震)性能,必须寻找可准确描述其物理力学性能的本构模型。本文对Graesser-Cozzarelli(G-C)唯象本构模型进行拓展,通过在G-C模型中加入马氏体硬化项,描述超弹性SMA在大应变幅值工况下的应力-应变关系;设计一种具有自复位功能的位移放大型SMA减震装置,并将建立的超弹性SMA改进G-C唯象本构模型应用于该减震装置控制结构的动力时程分析。相关数值分析结果表明:改进G-C唯象本构模型形式简单、概念明确、参数容易得到,具有一定的工程应用价值,可为SMA基减震装置力学性能数值仿真及其在被动减震控制中的应用提供理论基础。