混凝土材料三维弹塑性本构模型

非线性统一强度准则将材料的强度特性分解为4个相互独立的因素,由4个材料参数分别描述,在主应力空间内的强度面连续光滑,存在连续的偏导数.本文将非线性统一强度准则作为屈服函数,以塑性剪应变的函数作为硬化/软化参数,硬化/软化函数参考单轴压缩条件下的应力应变关系给出,建立了混凝土材料的非线性统一弹塑性本构模型.通过混凝土材料单轴、双轴和三轴试验结果对本构模型的验证,以及偏心受压构件试验结果对数值模拟结果的验证表明,所建立的非线性统一弹塑性本构模型可较好地描述混凝土材料的三维变形与强度特性,并可反映应变软化特性,将模型用于数值计算时易于获得收敛解,且具有较高的精确度和计算效率.     

混凝土材料三维统一硬化/软化弹塑性本构模型

混凝土材料的弹塑性本构模型通常采用剪切型屈服面,剪切型屈服面包括两种硬化方式,即黏聚力(c)硬化和摩擦角(?)硬化.目前大多数本构模型都采用c硬化模式,无法反映应力诱导各向异性.本文的屈服函数是由混凝土材料非线性统一强度准则发展而来,采用φ硬化模式.基于Sargin提出的单轴压缩应力应变关系,提出一个统一硬化/软化参数,即硬化和软化参数具有相同的表达式.将提出的硬化/软化参数与屈服函数相结合,发展了混凝土材料三维统一硬化/软化弹塑性本构模型.该模型能够统一地描述混凝土的硬化/软化,避免了循环加载中再加载过程中硬化或软化参数的判断,从而增加了计算效率.模型有效地确定了塑性势参数,使得建立的本构模型能够合理地控制混凝土的剪胀.建立了峰值应力对应的等效塑性剪应变与围压的关系,使得建立的模型能够描述混凝土材料的应变软化随围压的变化规律.通过与普通强度和高强混凝土的双轴和真三轴试验结果比较表明,建立的模型能够适用于不同类型的混凝土材料,并且能够合理地描述混凝土材料的变形和强度特性.     

钢管混凝土柱压-扭破坏尺寸效应细观数值分析

地震作用下,钢管混凝土柱容易受到扭转作用而发生压-扭破坏,扭矩作用将导致钢管混凝土柱的破坏加剧.本文首先建立了能够同时考虑混凝土非均质特性和混凝土/钢管接触行为的钢管混凝土柱力学分析模型及其数值模拟方法,进而模拟研究了钢管混凝土柱在压-扭联合作用下的失效破坏行为和尺寸效应规律.主要分析了截面尺寸、轴压比、含钢率和截面形状对钢管混凝土柱破坏模式、名义抗扭强度及其尺寸效应行为的影响.结果表明:随轴压比的增大,钢管混凝土柱抗扭承载力呈现先增大后减小的趋势,且当轴压比在0.4左右时,抗扭承载力达到最大值;钢管混凝土柱在压-扭联合作用下存在一定程度的尺寸效应,且根据本文模拟工况,名义抗扭强度下降幅度可达24%;此外,随轴压比的增大,名义抗扭强度的尺寸效应行为呈现先削弱后增强的趋势.基于本文数值试验数据及作者前期研究工作,提出了考虑轴压比和含钢率影响的钢管混凝土柱名义抗扭强度尺寸效应公式.     

RC梁-柱中节点核心区剪切破坏及尺寸效应数值分析

钢筋混凝土梁-柱中节点核心区剪切破坏具有脆性特征,因而其抗剪强度可能存在尺寸效应.在已开展的物理试验研究基础上,采用数值试验方法扩展讨论了结构尺寸(节点最大截面尺寸为900 mm×900 mm)、轴压比和体积配箍率对钢筋混凝土梁-柱中节点破坏机制与失效模式的影响,并揭示了它们对剪切强度尺寸效应的影响规律.研究结果表明:(1)单调加载下,梁-柱中节点展现为核心区的脆性剪切破坏,名义剪切强度具有明显尺寸效应;(2)轴压比的增大可提高中节点的抗剪承载力,同时强化了剪切强度的尺寸效应;(3)体积配箍率的增大将增强节点的抗剪承载力,但会削弱剪切强度的尺寸效应.此外,经典的Ba?ant材料层次尺寸效应律可描述中节点剪切破坏的尺寸效应行为,但其无法描述轴压比与配箍率的定量影响.     

圆钢管混凝土柱轴压破坏行为与尺寸效应理论研究

当前混凝土材料层次的尺寸效应理论已较为完备,而对钢管混凝土构件层次的尺寸效应理论研究则远远不足.针对圆钢管混凝土柱,考虑混凝土细观非均质性及钢管-混凝土相互作用,建立了研究其轴压破坏行为的三维细观数值分析模型.在模拟结果与已有试验结果吻合良好的基础上,基于细观模拟方法研究了不同横向约束作用(以套箍系数来表征)及不同尺寸下钢管混凝土柱的轴压破坏机理与失效模式,揭示了钢管横向约束作用对混凝土柱名义轴压强度及其尺寸效应的影响规律.最后,结合钢管对混凝土柱轴压强度的影响机制——"强度增强效应"与"尺寸效应削弱效应",在材料层次尺寸效应律的基础上,建立了能反映横向约束作用的混凝土柱轴压强度的尺寸效应理论公式,并验证了理论公式的准确性和合理性.     

广义非线性强度理论及其变换应力空间

基于摩擦材料的试验规律和在前人研究成果的基础, 提出了广义非线性强度理论, 它用一个表达式统一描述π 平面及子午面上各种材料的非线性强度特性, 包含或逼近了现有的非线性单一强度理论. 在主应力空间中, 广义非线性强度理论在π 平面上的破坏函数为介于SMP准则和Mises准则之间的光滑曲线;在子午面上的破坏函数为幂函数曲线. 在基于广义非线性强度理论的变换应力空间内, 广义非线性强度理论可以合理地与各种以p和q为应力参量的本构模型相结合, 使模型简单地实现三维化.     

钢筋混凝土轴压柱长细比效应的细观数值研究

钢筋混凝土柱名义轴压强度的尺寸效应源于:1)混凝土材料本身的非均质性及其力学非线性;2)钢筋/混凝土相互作用的高度复杂性.此外,长细比效应是影响钢筋混凝土柱最终破坏模式及其承载能力的另一重要因素.考虑混凝土材料细观结构的非均质性,及钢筋与混凝土间的非线性黏结滑移等因素,建立了钢筋混凝土柱轴心受压加载下力学行为研究的细观尺度力学分析模型.首先通过反演法确定了混凝土各细观组分的力学参数;进而对不同长细比钢筋混凝土柱在轴心受压加载下的破坏行为进行了数值模拟研究.结果表明:低长细比柱轴压加载下主要发生压剪破坏;而高长细比柱则发生屈曲失稳破坏,且由于端部效应的影响,破坏区域集中于柱的端部;长细比值小于9时,柱名义强度无明显变化,而大于9时,柱的屈曲强度迅速降低.     

42CrMo钢的动态力学行为及高应变率效应的本构模型

为研究42Cr Mo钢的冲击动态力学性能及本构模型,进行了冲击动态压缩实验和金相观察.材料表现出强烈的应变率依赖性,同时还得到不同应变率下力学性能差异的主要原因在于冲击动态载荷下的绝热剪切行为.采用热激活理论,分别考虑热应力和非热应力来解释变形机理,得到了应变率效应的描述.基于此,本文提出含高应变率效应的动态本构模型,通过绝热剪切准则来确定失稳的起始点,并与模型进行耦合.该模型能很好地描述42Cr Mo钢的准静态和冲击动态力学行为,特别是应变硬化效应和应变率效应.     

低温下混凝土单轴压缩破坏及尺寸效应细观有限元分析

考虑混凝土材料各相组分特征,建立了细观层次有限元分析方法,模拟了不同尺寸几何相似混凝土试块在室温及低温下的静态单轴压缩破坏响应,探讨了低温下混凝土单轴压缩名义强度退化行为及尺寸效应影响规律.研究结果表明,随着温度的下降,单轴压缩名义强度显著增强,混凝土脆性不断增大,尺寸效应行为更显著.当温度达到-120℃时,混凝土材料的压缩强度和脆性达到最大,表现出最明显的尺寸效应.随着温度的继续下降,压缩强度略有小幅度的下降.经典的Type-2尺寸效应律在不同温度下可以描述本文有限元分析得到的尺寸效应结果.     

Hill屈服准则向拉-压非对称材料的推广

本文旨在建立一个形式简单、能同时描述金属的塑性各向异性及拉-压非对称性的宏观屈服准则.首先,巧妙地构造了一个与静水压力无关,能描述金属材料拉-压非对称性的宏观各向同性屈服准则;其次,利用Cazacu的广义应力偏量不变量,将该准则推广到正交各向异性条件,使其能同时描述金属的塑性各向异性及拉-压非对称性.该准则形式简单,待定材料常数只有Cazacu提出的同类屈服准则的一半,更便于实际应用.对比拉-压对称的Hill(1948)屈服准则,本文提出的准则增加了3个描述材料拉-压非对称性的材料常数,所有常数都可以通过简单试验确定.当材料拉-压性能相同时,该准则退化为Hill(1948)屈服准则.因此,本文提出的准则可以看作Hill(1948)屈服准则向拉-压非对称材料的推广.对Cu-Al-Be记忆合金(试验数据来自Laydi和Lexcellent)及Ni3Al基金属间化合物IC10合金的应用表明,本文提出的屈服准则能很好地描述这两种合金的塑性各向异性及拉-压非对称性.     

岩体强度的尺寸效应和均质效应

为了实现岩体和标准岩样强度之间的工程变换,采用实验室试验和数值试验方法,参照以往的试验结果,研究了岩体强度的尺寸效应和均质效应,得出了同时考虑两种效应的用于计算岩体单向抗压强度的计算式。结果表明:岩体宏观强度可由基于Weibull分布的岩块强度和均质度很好的近似,并遵循两者的衰减规律。     

聚氨酯改性混凝土材料探讨

已有研究表明与普通水泥砂浆相比，采用相同水灰比的聚氨酯水泥砂浆可以获得较好的耐久性。本文把聚氨酯作为混凝土改性材料，经初步研究发现，掺入聚氨酯的混凝土坍落度损失增大，向混凝土中加入聚羧酸减水剂解决了这一问题。本文通过试验以抗压强度为指标初步优化了聚氨酯改性混凝土的养护条件和加料顺序。此外，加入到混凝土中的匀泡剂由于对聚氨酯有极优异的乳化能力，有可能形成了极细的泡孔和狭窄的孔径分布以及极高的闭孔率，可以提高聚氨酯混凝土的耐久性。本文选择了不同厂家提供的甲、乙两种匀泡剂并进行强度试验，以抗压强度为指标选择强度较高一种的应用于聚氨酯改性混凝土。     

基于SHPB试验的高速铁路CRTSⅡ型CA砂浆动态性能

采用分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)试验研究了高速铁路CRTS II型水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)的动态力学性能,并建立了CRTS II型CA砂浆的动态本构关系模型.结果表明:随着应变率的增大,CRTS II型CA砂浆峰值强度逐渐增加,但增加速率随应变率的增大而减小,当应变率从44.17增加至54.79 s-1和从54.79增加至108.47 s-1时,峰值强度分别增加了初始峰值强度的52.28%和7.5%,弹性模量随应变率的变化规律性较差;应变率越大,破坏时的贯通裂纹越多,碎裂程度越大;CRTS II型CA砂浆的比能量吸收随着应变率的增大而增大.所建立的动态本构模型拟合曲线与试验曲线具有较好的一致性.     

PPS/FEP复合涂层制备和性能研究

以涂层结合强度为评价标准,采用混料回归实验优化设计了PPS/FEP复合涂层各层涂料配方,用拉开法测定涂层的结合强度。研究了涂料组成、涂层制备工艺参数和涂层体系对涂层结合强度的影响,确定了涂层的制备方法和工艺参数。     

山东半岛城市群城市流研究

山东半岛城市群处于城市化中期,内部城市联系日益密切,城市经济综合实力、联系距离是影响城市流产生的原因.采用因子分析测度城市经济综合实力,通过赋权重求得相对距离矩阵,并引入城市流公式计算各城市间的城市流,得出胶济铁路沿线城市城市流大,而刚刚加入半岛城市群的日照、东营城市流较小,且以外向流出为主,基于原因分析提出中心城市和基础设施建设等具体对策.     

混凝土坝裂缝转异诊断的顺序典型小概率法

裂缝是混凝土坝不可避免的病害,其稳定与否是关系到混凝土坝结构安全的关键因素.基于裂缝开度与裂缝尖端张开位移之间的函数关系,提出了混凝土坝裂缝转异诊断的临界裂缝开度准则,并探讨了该准则所需的裂缝尖端张开位移和裂缝亚临界扩展量的确定方法.借助裂缝开度监控模型将临界裂缝开度准则进行转化,并与大坝安全监控中裂缝的原位监测资料-裂缝开度联系起来,建立了混凝土坝裂缝转异诊断的顺序典型小概率法.实例分析表明,顺序典型小概率法实现了临界裂缝开度准则在大坝安全监控中的具体应用,是合理可行的.     

基于能量标准的混凝土结构抗冲击设计

将冲击荷载分为软冲击和硬冲击，以受到软冲击作用的结构为研究对象，建立韧性设计方法的流程图。构思安全分析设计的思路，给出能量标准的安全系数概念，建立以能量标准对混凝土结构整体破坏进行安全校核的方法和准则，并以常见的混凝土板的冲击破坏为例，说明如何考虑破坏模式的影响。     

露天矿边坡稳定性的仿真模拟研究

结合现场工程实例,应用RFPA-SRM模拟了该矿顶帮高陡边坡失稳的动态过程.基于强度折减理论,确定了滑坡模式,以及影响边坡的稳定性的因素.通过对仿真模拟结果的分析得出如下结论:边坡开挖后的稳定性破坏是一个循序渐进的过程,同时存在拉张和剪切两种破坏方式,其根本原因在于边坡岩体所处的应力状态.     

A macro-meso constitutive law for concrete having imperfect interface and nonlinear matrix

The overall behavior of concrete depends on its meso structures such as aggregate shape,interface status,and mortar matrix property.The two key meso structure characters of concrete,bond status of interface and nonlinear property of matrix,are considered in focus.The variational structure principle is adopted to establish the macro-meso constitutive law of concrete.Specially,a linear reference composite material is selected to make its effective behavior approach the nonlinear overall behavior of concrete.A...