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。     

钢弹簧浮置板静载抗裂非线性损伤分析

针对钢弹簧浮置板轨道的损伤问题,利用有限元方法对钢弹簧浮置板进行静载抗裂非线性损伤仿真分析.采用C45、C50、C55三种强度混凝土结构建立混凝土损伤塑性模型,分别计算应力-应变关系和损伤因子,分析钢弹簧浮置板的损伤情况、位移和应力,并将C50混凝土仿真结果与试验结果对比.结果表明:混凝土强度等级对结构开裂荷载和开裂挠...     

温度与围压作用下的岩石损伤本构关系研究

基于统计强度理论及损伤力学原理,以H-B准则为岩石强度准则,构建考虑温度与围压共同作用的岩石损伤演化方程及本构模型,采用理论推导与试验相结合的方法推导出模型参数;根据前人的试验参数,拟合出某大理岩在15 MPa围压、不同温度和200℃、不同围压下的应力应变曲线,与试验曲线进行比较以验证模型的可靠性。研究结果表明:所构建的岩石损伤演化方程和本构模型在15 MPa围压和不同温度情况下以及200℃温度和不同围压情况下的拟合应力应变曲线与试验曲线吻合良好,岩石杨氏模量、峰值应力和峰值应变高度一致,能够很好地反映岩石在温度和围压作用下的损伤演化和本构关系,验证了该模型及模型参数确定方法的合理性和可靠性;为岩石力学的发展和工程应用提供了新的岩石损伤模型和本构模型,具有一定的理论价值和实际意义。     

冻结粉细砂与钢板接触面剪切统计损伤模型构建

冻土与结构接触面的损伤分析是解决冻土与结构相互作用问题的关键.以自研大型多功能冻土直剪仪为试验平台,开展不同冻结温度、法向应力、粗糙度条件下人工冻结粉细砂与钢板接触面大型直剪试验,分析不同工况条件下接触面剪应力-剪切位移关系及其变化规律.从岩土材料内部所含缺陷分布的随机性出发,将连续损伤理论和统计强度理论有机结合,构建冻结粉细砂与钢板接触面剪切统计损伤模型,确定模型参数通解.该模型能较好模拟冻土与结构接触面剪切变形中线弹性、应变硬化、应变软化及残余强度等典型特征,能有效考虑冻结温度、法向应力和粗糙度对接触面剪切强度的影响,可为冻土与结构接触面冻结强度预估和数值模拟研究提供基础模型.     

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。     

原状湿陷性黄土的结构性本构模型

研究目的:黄土的应力和含水率状态对应着一定的结构状态,微观结构性的改变,引起宏观力学性状的改变。湿陷性黄土在力与水的共同作用下,产生原生结构性的损伤和湿陷变形,对增湿和加荷耦合作用下的结构性变化规律,应力应变关系和增湿变形等力学特性的研究有重要的意义。研究结论:不同含水率和固结围压条件下原状结构性黄土的应力应变变化规律,以及由增湿、固结作用和剪切变形反映了土体结构性损伤规律;统一考虑增湿和加荷对土体结构的损伤破坏,建立的反映结构性变化的非线性本构模型,能够描述应变软化和硬化型应力应变关系曲线,实现了土的结构性与其本构模型研究的统一。     

落锤冲击下混凝土圆柱体动力效应数值模拟

为研究混凝土材料在低速冲击下的动力效应,对一组应变率在100/s~101/s范围内的混凝土圆柱体落锤轴向冲击试验进行数值模拟研究。以自研发混凝土动态应力传感器实测应力-应变曲线为基准,对混凝土连续面盖帽模型(CSCM模型)关键参数进行参数优选,计算得到不同冲击速度下的冲击力时程、试件应力、试件内能、侵蚀内能、应变率及动力增强系数(DIF)的变化规律,获取试件损伤破坏云图。研究结果表明:试件应力、应变率和试件内能与冲击速度大致呈线性关系,混凝土材料动力增强系数与应变率大致呈抛物线关系。对比计算损伤破坏云图与试件破坏的高速摄影照片可知,经过参数优选后的CSCM模型,在低速冲击范围内有很好的计算精度,模拟破坏形态与试验结果吻合良好。     

考虑残余强度修正的混凝土冻融损伤层及轴心受压模型研究

采用符合实际冻融环境的气冻气融试验方法,对混凝土受冻后损伤度的评估及轴心受压模型进行了系统研究.根据超声波平测法确定混凝土冻融损伤层厚度,以损伤层作为混凝土冻融损伤度评价指标,并考虑损伤层内的残余强度,引入损伤层修正系数α,提高了损伤度评估的可靠性;讨论损伤演化规律,建立了基于冻融损伤层的混凝土轴心受压本构模型.研究结...     

加载方式对钢管活性粉末混凝土短柱抗压性能影响的研究

钢管活性粉末混凝土的超高强度能有效减小构件的截面尺寸,减轻结构自重,在高层建筑和桥梁建设中都有良好的应用前景。考虑实际工程中钢管活性粉末混凝土结构可能出现的其中2种加载方式——全截面加载及核心混凝土加载,进行不同加载方式对钢管活性粉末混凝土轴压短柱受力性能影响的试验研究。试验结果表明,2种加载方式下试件的应力发展过程不一样,但极限状态时钢管切向应力均接近钢材的屈服强度,纵向应力均接近0,试件的极限承载力相差不大,但套箍作用和刚度有一定的差异。讨论2种不同加载方式作用下试件的破坏机理、极限承载力公式及荷载变形情况。利用有限元软件ABAQUS建模分析并与试验结果进行对比。     

普通混凝土落锤冲击动态力学性能试验研究

为研究普通混凝土材料的动态冲击力学性能,利用改进的落锤冲击试验装置,对C30混凝土圆柱体进行低速冲击试验。为降低落锤冲击惯性效应并获得稳定的加载速率,试验采用不同厚度的橡胶或海绵作为波形整形材料;采用20 mm厚橡胶时可消除惯性力影响,延长加载时间,使试件纵向应力趋于均匀分布,并实现恒定速率加载。试验结果表明:冲击荷载下混凝土破坏形态与静载下相同,动态增大系数(DIF)、极限应变与吸收能量随应变率增加而增加,在本文试验参数范围内应变率对混凝土应力-应变曲线形状影响较小。对已有混凝土动态力学性能试验结果进行统计和对比,验证了CEB2010规范公式偏于保守地描述了DIF与应变率的关系,且本文的研究结果填补了应变率10-1/s~100/s范围内试验数据。     

小波变换在结构损伤识别中的应用研究

针对土木工程结构的复杂性和数据的不完备性，以小波分析为理论基础，结合多尺度分析理论和数值模拟，对结构损伤识别进行了研究。主要分析了结构动力参数在损伤后的变化特征，对单自由度框架的加速度信号进行小波分析，得到结构损伤的时刻；研究了利用空间域信息对结构损伤位置的识别问题，对带裂缝悬臂梁的变形曲线进行小波变换，判定了结构损伤位置。     

T型接头角焊缝几何特征对疲劳性能的影响

为研究焊缝几何特征对S355钢T型接头角焊缝疲劳性能的影响,运用Abaqus软件,建立了平面型、凸圆弧形、凹圆弧型3种焊缝几何特征的T型接头有限元模型。根据国际铁路联盟标准中的加载指标,计算得到主板上表面距离焊趾0.4倍和1.0倍板厚处沿外载荷方向的最大应力值,并基于热点应力法外推焊趾处的应力值。通过Miner准则进行疲劳积累损伤比的计算和比较,得出相同加载状态下的3种几何特征的T型焊缝抗疲劳能力强弱,并得到以下结论:凸圆弧形角焊缝累积损伤比最大,抗疲劳能力最差;凹圆弧形角焊缝累积损伤比最小,具有较好的抗疲劳能力。     

基底脱空条件下铁路隧道行车安全性分析

结合大瑶山隧道基底病害,在混凝土塑性损伤本构模型基础上,建立隧道-围岩相互作用动力计算模型,研究基底脱空对铁路隧道行车安全的影响。结果表明:随隧道基底脱空距离增加,隧道底部结构动力响应和损伤增大,且脱空距离超过一定深度后变化加剧;对于内侧单边脱空、两侧对称脱空和中间扩展脱空方式,当脱空距离分别达60、60、180cm时,需采取限速、加固等措施保证隧道行车安全。各脱空方式中,以两端向中间脱空方式所受影响最大。在该脱空方式下,当脱空距离从0cm增加到90cm时,底部结构竖向位移最大增幅达1.5倍;加速度最大增幅达17.2倍;主应力最大增幅达3.2倍;损伤值最大增幅达1.4倍。当脱空距离达120cm时,底部结构已发生破坏。可见,基底脱空对结构稳定和受力极为不利,将加剧结构损伤破坏。研究结果可为铁路隧道行车安全性评价和基底脱空整治提供参考。     

跨坐式单轨转向架水平轮轴承损伤分析及解决方案

为研究跨坐式单轨转向架水平轮小轴承损伤问题,对小轴承损伤形式及损伤规律进行分析和统计。通过对水平轮设计结构、轴承运用工况、润滑脂润滑特性及轴承安装游隙等影响因素的分析,确定了小轴承损坏的根本原因是轴承润滑不良,直接原因是滚子打滑,同时针对轴承损伤原因提出3点解决方案,并对采取新方案的小轴承进行装车试验。试验结果表明:新方案可有效降低小轴承损伤风险,延长小轴承使用寿命,值得在跨坐式单轨转向架水平轮中推广应用。     

铸钢轮材料在700 ℃～20 ℃热循环下断裂机制分析

研究铸钢车轮材料在700℃~20℃热循环温度幅下热疲劳破坏规律。实验结果发现,试样表面出现大量的氧化腐蚀坑,表面主裂纹优先通过这些腐蚀坑扩展。试样表面的氧化腐蚀及氧化皮剥落均比次表层严重,表面的开裂也加速了次表层裂纹的形核和扩展。断口上的二次裂纹以沿晶为主,穿晶为辅,说明蠕变损伤导致晶界弱化。断口处腐蚀坑和夹杂物的开裂对试样热疲劳损伤有重要的促进作用,同时,断口上和表面的破坏互相促进,加深了试样的损伤程度。     

钢筋混凝土截面损伤分析与检测

以平截面假定和截面力平衡关系为基础,导出钢筋混凝土双向压弯截面含损伤变量的割线刚度、切线刚度矩阵。将截面受压混凝土分成若干四边形,用高斯数值积分完成每个四边形的积分,截面含损伤变量的刚度等于各四边形积分之和。对截面进行了全过程损伤分析,并进行钢筋混凝土梁损伤试验,用冲击回波法检测垂直裂缝,试验检测结果与理论分析结果较吻合。     

柴达木盆地冻融、盐蚀环境下混凝土腐蚀机理及耐久性研究

为研究柴达木盆地地区强腐蚀环境下混凝土结构的耐久性,配制与现场土壤腐蚀浓度相近的腐蚀性溶液,对掺加特定外加剂的不同强度等级混凝土试件进行冻融、盐浸循环试验,通过检测试件的电通量、强度损失率、质量损失率等参数研究其腐蚀规律及耐久性.试验结果表明,在强腐蚀环境下,低强度混凝土耐久性较差;掺加抗冻防腐剂后混凝土密实性可提高2...     

基于在线振动响应的桥梁损伤识别方法

选用桥梁单元的刚度下降率作为损伤因子.基于铁路列车-桥梁耦合振动模型,计算桥梁在线振动响应对损伤因子的灵敏度并构建灵敏度矩阵,以结构不同状态下的响应残差为约束条件建立灵敏度方程,用Tikhonov正则化方法求解灵敏度方程得到各单元的损伤因子,实现对桥梁损伤的定位和定量评估.应用该识别方法对简支梁桥和2跨连续梁桥的识别结果表明:该识别方法对测点位置不敏感.可根据梁上任意1个测点的响应准确确定损伤位置及损伤程度;不但能识别桥梁的绝对损伤,而且能识别桥梁的损伤增量,即相对损伤;抗噪能力较强,即使噪声水平达到10%,也能正确识别出5%以上的损伤,但对5%以下小幅损伤可能会有误判.