基于损伤的混凝土拉压全过程本构模型研究

本文根据Ｗｅｉｂｕｌｌ统计分布理论，用唯象学的方法并从损伤研究入手推导出了混土在单向荷载作用下的员伤模型及其拉、压全过程本构模型；提示了损伤与材料固有力特性之间的关系。经检验，本文所推导出的全过程本构模型具有较好的适应性，而且是偏于“安全”的本构模型。     

单压状态下混凝土的动力损伤本构模型

本文根据混凝土的损伤本构理论，结合混凝土在快速变形下的性能试验，在一定的假设下，导出了混凝土在快速变形下的损伤本构方程，并与试验结果进行了对比，两者吻合较好。     

混凝土动态损伤本构模型研究

对单向应力状态下钢纤维含量为0和2%的混凝土进行了单调加载试验。在峰值应变前,根据Weibull统计分布理论和等效应变假定原理得出混凝土损伤本构模型;在峰值应变后采用Lognormal统计分布理论和等效应变假定原理得出混凝土损伤本构模型。通过试验验证,该分段式模型可以有效描述单轴受压状态下混凝土的损伤过程。     

混凝土短期荷载下变形的一个本构模型

（接上期）５　应力—应变增量关系加载曲面一般地表示为：　　ｒ２＝３ｒ２ｔ３－４（１－ｎ２）ｓｉｎ２θ（３４）式中的ｒｔ＝±ａｔ＋ｂｔσｍ＋ｃｔσ２ｍ－ｄｔ，等号右边的正、负号的选取应使得在σｍ的定义域内，ｒｔ≥０。分析二次曲线的系数ａｔ，ｂｔ，ｃｔ，ｄｔ可知，只需将上式写成：　　ｒｔ＝ｄｔ｜ｄｔ｜ａｔ＋ｂｔσｍ＋ｃｔσ２ｍ－ｄｔ（３５）加载曲面函数可写成：Ｆ（σｉｊ，ｆｃ）＝ｒ２１－４３〔１－ｎ２（σｍ）〕ｓｉｎ２θ－ｄｔ（ｆｃ）｜ｄｔ（ｆｃ）｜ａｔ（ｆｃ）＋ｂｔ（ｆｃ…     

冻融损伤影响下河道再生混凝土本构模型研究

应力-应变的本构关系是混凝土材料重要研究内容。为了揭示冻融循环作用下再生混凝土的力学损伤规律,结合Weibull强度理论与混凝土抗压试验结果,建立了混凝土细观损伤统计模型。试验结果表明：冻融循环损伤作用使得混凝土在单轴荷载作用下破坏程度越来越明显;随着冻融循环次数从0次增加到120次,抗压强度和弹性模量呈指数型衰减规律,且破坏应变呈增大趋势;基于Weibull强度理论构建了考虑冻融循环影响的混凝土损伤本构模型,拟合求解了模型的形状参数m和尺度参数ε₀,并将冻融循环次数T引入至该模型中,通过对应力-应变曲线的实测与模型拟合结果进行比较,验证了理论模型的合理性。     

钢纤维混凝土内时损伤本构模型

本文在作者建立的普通混凝土内时损伤构型的基础上，引入纤维含量特征参数对损伤变量影响的系数。建立了钢纤维混凝土的内时损伤本构模型，该模型的特点是：把内时理论与损伤力学相结合，摆脱了古典塑性力学中屈服面的概念，又使模型中的参数和基本方程大大减少；考虑了不同纤维含量特征参数对本构模型的影响；使钢纤维混凝土和普通混凝土间的本构模型有机地联系在一起，便于应用。     

碾压混凝土的正交异性损伤本构模型研究

根据碾压混凝土拱坝的结构特性与碾压混凝土材料的破坏特征，以Sidoroff各向异性损伤理论为基础，建立了碾压混凝土正交异性损伤本构模型；基于正交异性损伤模型的损伤传递方式，导出了碾压混凝土材料的损伤演化方程。以碾压混凝土在复杂应力下的试验资料，对碾压混凝土正交异性损伤本构模型进行了验证。     

混凝土短期荷载下变形的一个本构模型

提出了一个混凝土一般应力状态下的变形模型。它建立在应变功硬化塑性增量流动理论的基础上，使用一个完整的二次型载荷函数，包含３个应力不变量，以模拟材料在拉、压应力偏量作用下的性质差异。为应用方便，文中详细列出数值计算步骤。     

单轴压荷载下素混凝土动态特性及本构关系研究

基于31组混凝土立方体试件的动态压缩试验结果,研究了在不同应变速率下混凝土的强度、变形以及本构方程。研究发现:混凝土强度随着应变速率而增加的趋势明显;混凝土在不同应变速率下的应力-应变全曲线形状相似,具有明显的规律性,可以用本文提出的一组方程来表达。通过与试验数据对比发现,所提出的不同应变速率下混凝土材料的本构方程与试验结果吻合较好,可应用于混凝土结构动力设计中。     

混凝土损伤本构理论研究综述

首先论述混凝土本构模型研究的重要性,并说明损伤力学理论较适于构建混凝土本构模型;然后对损伤变量的定义、损伤演化方程的确定、损伤本构模型的建立以及如何考虑不可恢复变形与率效应进行较为详细的论述;最后就混凝土损伤本构模型的发展方向提出了看法。     

混凝土坝抗震加固中钢筋混凝土的动力本构模型

基于复合材料细观力学和混凝土塑性损伤理论,针对混凝土坝抗震钢筋的分布形式和钢筋混凝土材料的力学特征,提出了钢筋单方向分布情况下钢筋混凝土材料的等效模量、等效强度的简化公式,在此基础上建立了整体式钢筋混凝土动力本构模型,并以Koyna坝为例,根据配筋前坝体的地震塑性损伤分析设置了配筋方案,分别运用整体式和分离式钢筋混凝土动力本构模型对该坝进行配筋计算,并进行了三维非线性地震响应时程分析,得到了两种不同配筋条件下坝体的拉应力损伤因子分布及坝顶动位移响应。结果表明,两种模型计算结果比较接近,配筋抗震措施能够明显地减小坝体损伤区的范围,整体式钢筋混凝土动力本构模型在满足计算精度的前提下可提高计算效率、简化模拟计算。     

基于能量法的混凝土循环加卸载动态损伤特性

为了从能量法的角度研究混凝土循环加卸载下的损伤演化特性,利用大型动静力三轴仪对边长为150 mm的立方体混凝土试件,进行不同侧应力、不同应变速率的循环加卸载试验。用改进的Najar能量法,确定了一种新的损伤变量计算方法,对比分析了改进后的混凝土损伤演化曲线与试验所得混凝土应力-应变包络曲线,将修正后的Weibull-Lognormal损伤本构模型对试验数据进行拟合分析。结果表明:新的损伤变量计算方法简单,物理意义明确;改进后的混凝土循环加卸载损伤演化曲线可以分为三个阶段,损伤不变阶段、损伤加速发展阶段、损伤稳定发展阶段;选用的塑性变形公式与试验结果拟合较好;经过修正后的混凝土损伤本构模型能较好地模拟混凝土循环加卸载条件下的应力-应变包络曲线。     

循环加载条件下土的应力路径本构模型

土的应力应变关系与应力路径密切相关,充分接近的两条加载路径所产生的变形基本相同,因此可将任意应力路径转化为与其充分接近且易于计算变形的应力路径,从而获得变形。在此基础上,本文通过定义两个应力状态的参量,分别描述等应力比循环加载和等平均应力循环加载条件下土的塑性变形规律,以及两者的相互影响,并给出一个新的加卸载准则,在不增加任何土性参数的条件下,将现有的土的应力路径本构模型扩展应用于循环加载条件,建立了循环加载条件下土的应力路径本构模型。通过与试验结果的比较表明,本文提出的循环加载模型可较合理地反映土在往复荷载作用下的变形特性。模型简单易用,只含5个土性参数,并具有明确的物理意义。     

反复循环加载下拱坝横缝钢筋简化分析

在反复循环荷载下钢筋与混凝土之间粘结滑移研究的基础上 ,选择了比较合理的模型并对其进行了修正。根据修正的粘结滑移模型 ,对反复循环荷载下拱坝横缝钢筋滑移量、钢筋应力、粘结应力、钢筋受力段长度的变化规律进行了计算分析 ,初步揭示了在地震荷载作用下拱坝横缝钢筋的工作特性 ,并对拱坝横缝钢筋的工程应用提出了一些建议。     

全级配大体积混凝土的内时损伤本构模型

复杂应力状态下全级配大骨料混凝土的强度和变形是混凝土坝体等大体积混凝土结构非线性有限元全过程仿真分析所必需的重要资料。本文结合内时理论和损伤力学理论,在大量试验数据的基础上,考虑尺寸效应和骨料湿筛效应对损伤变量的影响,建立了适用于不同骨料级配混凝土的内时损伤本构模型。该模型不仅摆脱了一般弹塑性中屈服面的概念,而且反映了不同骨料级配混凝土受力时不同的损伤演变规律。应用本文建议的模型,计算了全级配混凝土以及湿筛二级配混凝土在不同应力状态下的应力-应变关系,所得结果与试验数据符合的较好,可作为拱坝及其他大骨料混凝土结构设计的依据。     

混凝土受压疲劳特性及损伤本构模型

基于边界面概念和损伤力学理论，建立了混凝土受压各向异性损伤模型。加载面、边界面方程均以损伤能量释放率表示。在能量释放率空间内，由加载面与初始损伤面、边界面之间的位置描述损伤状态。通过建立累积损伤与相应循环损伤能量释放率阈值之间的关系，确定了疲劳加载中极限断裂面的变化规律。利用变形唯一性假定，得到混凝土疲劳与单调加载的损伤量及应力应变之间的关系，为从全过程研究经历多种形式加载的混凝土性能退化规律奠定了基础。完成了混凝土单调加载、单级疲劳和多级疲劳继而单调加载试验，得到了模型中的参数。经比较，模型计算与试验结果吻合较好。     

混凝土坝坝体裂缝在地震荷载下扩展研究的几个关键问题

位于我国西部强震区的高混凝土坝,如小湾、二滩等,施工期或运行期在坝体表面以及坝体内部出现了一定范围的裂缝。鉴于这些高坝工程的极端重要性,裂缝在地震作用下的扩展性问题为学术界和工程界关注。针对混凝土坝坝体裂缝在地震荷载下扩展研究的关键性问题,包括地震动输入、坝体已有裂缝及其裂缝处理措施的模拟、缝端混凝土破损路径及其破损程度的模拟等研究现状分别进行讨论。最后指出了下一阶段的研究方向。     

不同冻融循环次数混凝土单轴压缩试验

为研究冻融循环作用对混凝土力学性能的不利影响,分别对混凝土进行0,10,25,35和50次快速冻融循环,并利用10 MN大型多功能动静力三轴仪对混凝土历经40%f_c的荷载历史作用后(f_c=40 MPa为普通混凝土单轴抗压强度),以10-4/s的应变速率进行单轴压缩试验,得到冻融循环后混凝土的单轴抗压强度,并分析其损伤演化规律与破坏机理。结果表明:随着冻融循环次数的增加,历经相同加载历史作用后的混凝土的单轴抗压强度逐渐降低,且峰值应力随冻融循环次数的变化呈二次曲线关系;选用修正后的Weibull-Lognormal分段式损伤本构模型,经验证能够较好拟合冻融劣化混凝土历经荷载历史作用后单轴应力应变曲线;此外,冻融循环次数越多,对混凝土造成的损伤程度越大,在损伤发展的后期阶段,冻融程度较大的混凝土损伤路径大幅度延长且趋于扁平化,直至进入破坏阶段。