纤维网格增强混凝土复合材力学性能

纤维网格增强混凝土（TRC）是以纤维编织网格为加强材料，以聚合物砂浆为基体的新型复合材料，其力学性能受到不同纤维网格股数和层数的明显影响。为研究这种新型复合材料的力学性能和与其所加固混凝土间的黏结滑移性能，进行了不同股数和不同层数的纤维网格拉伸试验和TRC复合材拉伸试验，以及不同网格层数的TRC?混凝土界面黏结滑移试验，建立了随层数和股数变化的纤维网格拉伸本构模型、TRC复合材拉伸本构模型、TRC?混凝土界面黏结滑移本构模型，为后续研究和工程应用提供理论依据。     

纤维排列方式对复合材料弹塑性性能的影响

应用一般化单胞方法（generalized method lf cells,GMC)计算了纤维在规则排列和随机排列的对单向纤维加强金属基复合瓣总体弹塑性性能的影响,结果表明,纤维排列方式对金属基复合材料的总体弹性行为影响不大,而对总体横向弹塑性行为的影响较大,当纤维体积分数较小时（＜20％）,纤维排列方式对于复合材料的本构关系影响不明显,当纤维体积分数较大时（＞20％）,纤维排列方式对于复合材料的本构关系影响非常明显,而且纤维排列方式对金属基复合材料的塑性的影响顺序与对弹性行为的影响顺序相同,作者应用Bodner和Paton粘塑性统一模型描述弹塑性相的本构关系,这一模型不假设存在屈服条件,也就不必指定加载和卸载条件,可以在加载和卸载的任何时刻使用相同的公式。     

纤维增强混凝土拉伸软化本构方程的实验确定方法

本文提出了用带切口梁的三点弯曲试验确定纤维增强混凝土拉伸软化本构方程的方法。通过切口染三点弯曲试验获得的载荷——加载点位移曲线可间接得到纤维增强混凝土在拉伸过程中断裂过程区的能量损耗和拉伸分离位移之间的定量关系，由此即可通过数值方法拟合出其拉伸软化本构方程。     

基于OpenSees的节段拼装桥墩抗震性能数值分析

为对预应力混凝土节段拼装桥墩抗震性能的数值分析提供依据,应用OpenSees有限元计算程序,选取非线性纤维梁柱单元配合适当的材料本构模型,对桥墩的混凝土节段、接缝及预应力筋进行模拟.首先,介绍桥墩材料所选用的本构模型;然后,介绍模型对各部件的模拟方法、纤维网格划分以及边界条件设置;其次,开展模型分析并将计算结果与拟静力...     

细观参数对纤维增强金属基复合材料宏细观力学性能的影响

B纤维、SiC纤维增强Al基及Mg基复合材料的微观参数对宏观性能具有重要影响.基于细观力学理论,利用代表性体积元(RVE)建立极坐标复合材料宏细观弹塑性本构模型,采用有限元法研究了Al基和Mg基复合材料的基体材料、纤维种类、纤维体积分数对复合材料整体力学性能的影响.研究结果表明:基体材料遵循自身弹塑性变化规律并引起复合材料整体的弹塑性变形,纤维保持其线弹性性能,在拉伸过程起主要承载作用;基体材料及纤维体积分数对复合材料力学性能的影响效应更强;利用宏细观本构模型计算获得的复合材料应力值与试验值接近,误差不超过2.5%.     

高温下GFRP筋力学性能的试验研究

为了研究高温下纤维增强复合材料(FRP)筋的力学性能,对直径为8mm的玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋进行了高温下的拉伸试验,获得了10 ～ 500℃范围内随着温度升高GFRP筋的极限强度和弹性模量的衰减趋势;并结合材料TG/DSC热学试验结果提出了GFRP筋在高温下的拉伸本构模型.该三参数拉伸本构模型以纤维和树脂的...     

SMA纤维复合材料变截面板簧的刚度特性研究

研究了嵌入形状记忆合金(SMA)纤维复合材料变截面板弹簧的刚度性能.首先分析一类常用SMA材料的基本力学性能,讨论了基于Brinson本构模型下的受限回复特性.在建立具有SMA纤维的各向异性层合梁的本构方程的基础上,利用瑞利-利兹能量法求板簧的挠度,给出板簧刚度的表达式.最后,运用MATLAB进行数值计算,得到了SMA纤维复合材料变截面板簧刚度随温度、铺层角、SMA含量的变化关系曲线,揭示了SMA纤维复合材料变截面板簧的刚度可调节机理.     

废弃轮毂纤维混凝土单轴受压下本构关系研究

通过对轮毂纤维体积分数掺量分别为0.0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的轮毂纤维混凝土进行单轴受压实验,得到同一应变率下混凝土应力-应变曲线.在废弃轮毂纤维掺量增加的同时,废弃轮毂纤维混凝土的应力-应变峰值均有所增加,达到峰值后均存在应变软化现象.以此试验结果为基础,提出了兼顾混凝土非线性应变效应和轮毂纤维增强效应的轮毂纤维混凝土本构关系,并通过试验曲线拟合得到相应拟合参数,结果表明该本构方程对试验曲线拟合效果良好.借助拟合曲线进行整体对比分析,再次说明了轮毂纤维的增韧效果明显.     

新型三线性本构内聚力模型的界面参数研究

复合材料多向层合板分层扩展行为的准确模拟对层板结构设计非常重要。笔者前期工作已经建立了一种基于失效机理的新型三线性本构内聚力模型来考虑纤维桥接对分层行为的影响。在此基础上,基于二维有限元模型对该新型内聚力本构中的关键参数开展了数值研究,获得了适用于复合材料多向层合板数值模拟的内聚力本构参数取值方案。最后采用确定的本构参数对复合材料多向层合板的分层扩展行为进行了模拟,所得模拟结果与试验结果之间的一致性较好,进而验证了所建立参数取值方案的有效性。     

钢纤维混凝土的本构模型及力学性能分析

为充分研究钢纤维混凝土的力学性能,基于混凝土的弥散开裂模型,并考虑纤维与混凝土之间的黏结作用,建立了新的钢纤维混凝土本构模型.在模型中分两种情况考虑纤维作用,混凝土开裂前,纤维与混凝土完全黏结,服从复合材料理论;混凝土开裂后,将分别考虑混凝土和钢纤维的贡献.通过黏结滑移模型,计算钢纤维在混凝土中脱黏和拔出过程中,纤维对开裂后混凝土的增强作用.采用Fortran编程,利用有限元软件ABAQUS中提供的子程序Umat,将提出的本构模型引入ABAQUS,并用于有限元模型去模拟钢纤维混凝土的拉伸和四点弯曲试验.通过数值模拟结果和试验数据的对比,充分验证了所提出的钢纤维混凝土本构模型的准确性.并对钢纤维混凝土的受拉强度、残余强度、受弯强度以及韧性等力学性能进行详细的分析.     

钢纤维橡胶自密实混凝土静态力学性能研究

钢纤维的桥联作用及其与橡胶颗粒的协同作用可显著改善混凝土性能,而针对钢纤维橡胶自密实混凝土的静态力学性能及其本构关系的研究较少。通过在10%、20%、30%橡胶颗粒掺量的橡胶自密实混凝土中分别外掺体积掺量为0.5%、1.0%、1.5%的钢纤维,制备出钢纤维橡胶自密实混凝土试件,进行棱柱体轴心抗压试验,探讨钢纤维掺量、橡胶颗粒掺量对试件的典型力学特征量的影响,建立钢纤维橡胶自密实混凝土轴心抗压强度的本构关系。结果表明：钢纤维橡胶自密实混凝土试件呈现延性破坏的同时,其完整性也较好;随着橡胶颗粒掺量的提高,试件轴心抗压强度逐渐降低;当钢纤维橡胶自密实混凝土中的橡胶颗粒掺量较高时(20%、30%),钢纤维对橡胶自密实混凝土轴心抗压强度无明显的增强效果;橡胶颗粒的掺入提高了试件的峰值应变,当橡胶颗粒掺量为10%时,达到最大值,增长幅度为10%;不同的钢纤维掺入量对钢纤维橡胶混凝土的峰值应变普遍有增强效果,但没有呈现出明显的规律性;轴心抗压本构关系能反映钢纤维橡胶自密实混凝土力学性能。     

分布式光纤裂缝传感技术的试验研究

为探讨光纤-混凝土复合体在开裂过程中形成的力学-光学本构关系,本文采用模型试验方法对混凝土裂缝监测的分布式光纤传感力学-光学本构关系进行了实测标定,将试验结果中的混凝土裂缝宽度和光损耗值绘于坐标图上,分别采用半对数坐标幂函数拟合和普通坐标的多项式拟合2种方法建立了二者之间的函数关系。2种拟合方法结果的比较表明,普通坐标多项式拟合法优于半对数坐标幂函数拟合法。     

基于纤维模型的外粘型钢加固混凝土柱静力弹塑性分析

基于纤维模型,引入约束混凝土本构关系,提出了对外粘型钢加固混凝土柱进行静力弹塑性分析的方法,并在OpenSees平台上编程实现.在此基础上,对约束混凝土本构参数进行了敏感性研究,探讨了混凝土材料本构模型对截面层次的弯矩曲率关系和构件层次的荷载位移关系的影响.经与2次不同的试验结果比较,计算的荷载位移曲线与试验结果符合良好,表明在外包钢加固柱进行弹塑性分析时,对约束混凝土采用Kent-Scott-Park本构模型可以获得良好的分析结果.本构模型中约束增强系数和应变参数对于分析结果,特别是弹塑性阶段结果的准确性起到非常重要的作用.     

钢筋钢纤维砼受弯构件正截面界限配筋率分析

讨论了钢纤维的掺入对砼受压本构关系的影响，确立了常用范围内简化的钢纤维砼受压力－应变关系数学表达式以及相应的等效应力图形，进一步分析了钢纤维的掺入对钢筋砼受弯构件界限相对受压区高度、最大配筋率和最小配筋率的影响。     

纤维混凝土构件在温缩荷载作用下的非线性随机有限元分析

为研究纤维对混凝土构件的抗温缩能力,利用Moelands-Reinhardt(M-R)软化本构关系,采用非线性随机有限元法,即Monte-Carlo法分别对素混凝土和纤维混凝土构件的温降收缩过程进行分析.分析结果表明:纤维的存在可提高混凝土抗拉极限状态温降值,掺加超细纤维对混凝土的增强效果不明显;超细纤维依靠其韧性提高了混凝土的抗拉极限温降值和构件薄弱区域的抗拉能力,减小了由材料性质不均而造成脆断的可能性,在整体上延缓了构件到达抗拉极限状态的过程.     

混凝土本构关系对抗震性能评估影响研究

为了研究混凝土本构关系对抗震性能评估的影响,运用目前已广泛应用于结构抗震性能评估的结构分析软件SAP2000,选用及比较了我国规范以及美国规范建议采用混凝土材料本构关系和SAP2000中默认的混凝土材料本构关系,分别采用集中塑性铰模型和截面纤维单元模型对比分析一幢六层RC平面框架结构构件弯矩-曲率关系和对该框架结构进行抗震性能评估。研究表明:在不同计算理论模型下,采用上述三种混凝土材料本构关系分析得到构件弯矩曲率关系和结构能力曲线差值范围都在15%以内,在具体工程结构抗震性能评估时,可直接选用SAP2000默认混凝土材料本构关系,提高结构计算收敛性和抗震性能评估效率。     

基于纤维模型的RC结构的钢筋本构关系研究

以基于纤维模型的OpenSees软件为平台,首先,选用常用的钢筋本构(Steel01,Steel02)和混凝土本构(Mander,Hoshikuma),对PEER数据库中的两个钢筋混凝土柱的拟静力试验进行了数值建模与对比分析;再采用OpenSees软件中Reinforcing Steel钢筋本构模型,对钢筋单调拉压试验、循环加载试验、疲劳试验以及钢筋混凝土柱拟静力试验进行了模拟与对比分析.结果表明:现有的混凝土本构模型已相对成熟,并能较好地满足非线性数值模拟的精度要求,混凝土本构模型的改变对计算结果的影响不大,而钢筋本构模型的改变则会对分析结果产生较大的影响;Reinforcing Steel模型有效地提高了非线性模拟分析的精度,但也存在着对钢筋滞回曲线捏拢效应体现不足、分析结果偏于保守、计算过程较为复杂且较难收敛等缺点,尚需要对钢筋本构模型进行进一步的改进与完善.     

硫酸盐侵蚀冻融循环下聚乙烯醇纤维钢筋混凝土的黏结性能试验研究

为了研究硫酸盐侵蚀冻融循环下聚乙烯醇(PVA)纤维钢筋混凝土的粘结滑移性能,对4种掺不同体积百分比PVA纤维混凝土进行不同次数的硫酸盐浸泡下的冻融循环实验。实验结果表明,在一定范围内,随着PVA纤维掺量的增高可以提高混凝土的抗压强度;PVA纤维可以一定程度上阻止硫酸盐对混凝土的侵入,在硫酸盐冻融初期可以增强混凝土的抗压强度;在混凝土中添加一定量百分比体积的PVA纤维可以增加钢筋混凝土粘结的峰值滑移,增加了混凝土的塑性应变,硫酸盐冻融次数的增加会减少钢筋在混凝土中的峰值滑移。     

基于纤维模型的FRP约束混凝土圆柱本构模型研究

在OpenSees平台上采用纤维模型模拟FRP约束混凝土圆柱的受力性能时需要开发相应的本构模型.基于Jiang和Teng提出的分析型骨架本构模型,将不同峰值应力、应变计算公式的计算结果与试验结果进行比较,选择了更为精确的计算公式,并将其引入该骨架模型.该模型还考虑了箍筋对核心混凝土的约束作用,采用FRP极限环向抗拉应变折减系数得出FRP片材在环向受拉破坏时的极限拉应变.根据是否考虑钢筋的疲劳采用两种不同钢筋本构关系对试件进行模拟.采用该模型不但可以得到构件的轴向应力应变关系,还可以计算横向应变与轴向应力的关系,模拟结果与试验结果吻合较好.