基于双标量理论的混凝土高温损伤模型

基于双标量的各向同性损伤理论,提出了高温作用下的混凝土弹性本构模型。根据Moil-Tanaka理论,建立了适合于混凝土材料的宏观损伤变量与细观孔隙度之间的关系;基于混合物理论,推导了混凝土在荷载、温度作用下孔隙度的变化规律,得到了混凝土高温作用下的损伤演化方程;理论计算结果与试验结果对比表明,损伤演化方程可以很好的反应混凝土的高温损伤。模型通过孔隙度的变化,综合考虑了力学荷载和温度荷载对损伤的影响,为混凝土的高温损伤模型研究提供一种新的方法。     

混凝土高温爆裂机理的数值分析研究

材料的高温爆裂现象在工程实际中时有发生.对混凝土材料,这种热不稳定性现象则显得尤其值得关注.因其能够严重危害到建筑结构的整体性.从而对人们的生活或生产构成极大的隐患.到目前为止.关于混凝土高温爆裂的机理还难以达成共识.在前期工作的基础上,利用数值模拟手段对混凝土高温爆裂的机理进行更深层次的分析,力图揭示实验中所难以获得的材料内部发生的细节.     

混凝土结构损伤过程区几何特性数值研究

 梯度依赖损伤模型是研究具有局部化行为特性的混凝土结构时常用的模型。按照“能量耗散非局部化”的原理,梯度依赖损伤模型的特征长度应该是损伤演化相互影响物质点间的最大距离。对混凝土构件的塑性损伤演化行为进行了数值模拟研究,主要目的是获得典型混凝土构件损伤局部化带的几何分布特性,包括损伤过程区的长度参数大小及变化规律。采用的模型为四点剪切混凝土梁,使用ABAQUS/EXPLICIT作为数值工具,得到的主要结果有：(1) 对于给定的宽高分别为0.15和0.40 m的双边缺口梁,完整损伤区的长度为0.042 1～0.061 2 m。损伤区长度在损伤演化过程中变化的原因是损伤区的应变状态发生了变化,由初始的剪应变为主的变形形式逐渐变为后期的拉伸应变为主的变形形式。(2) 在加载后期会有次级损伤过程区出现,完整的次级损伤过程区的初始长度为0.036 7 m。(3) 对于给定的宽高分别为0.10和0.44 m的单边缺口梁,在损伤演化扩展过程中一个完整损伤区的长度为0.047 3 m。上述结果可供梯度依赖损伤模型为特征长度取值时参考。     

基于并联假设的混凝土高温损伤本构模型

假设混凝土由一系列几何属性相同的结构微元并联而成,利用结构微元的随机断裂和高温软化模拟混凝土在力学荷载和温度荷载作用下的损伤机制,建立混凝土高温损伤本构模型;采用Mazars等效应变作为描述结构微元断裂破坏的强度判据,建立力学损伤演化方程;采用弹性模量随温度的变化反映高温作用下结构微元性能劣化的程度,建立热损伤演化方程;通过单轴压缩应力应变试验曲线和弹性模量随温度的变化曲线,给出了损伤演化方程中参数的求解方法。最后通过数值计算,得到了不同温度和围压作用下的应力应变关系。     

混凝土损伤断裂过程中的细观数值模拟研究

对目前广泛应用于混凝土损伤断裂的细观数值模型进行了介绍,并依据现有研究资料,重点对随机骨料模型进行分析总结,提出了现有研究成果的一些不够完善之处。     

基于小波变换理论的碳纤维混凝土高温损伤研究

制备了C60碳纤维混凝土,并对其进行高温处理,模拟碳纤维混凝土的高温损伤状态。采用声波测试仪对试件受高温前后的超声特性进行了测试,通过对信号进行小波变换处理,同时以高温前后的纵波波速变化来定义损伤因子。研究结果表明,随着温度的升高,信号频谱的主频不断向低频方向移动,频率幅值不断减小;损伤因子则随温度升高而呈现出指数增大趋势,表明碳纤维混凝土结构的高温损伤与频谱和纵波波速变化有密切联系。     

高温损伤混凝土制备再生骨料的性能研究

火灾是导致混凝土建筑结构在高温下被破坏的主要原因。研究高温损伤对混凝土再生骨料性能的影响,可促进再生骨料在土木工程领域中的广泛应用。分别研究了200、300、400、500、600℃高温损伤后混凝土制备的再生骨料的组成、几何形态、压碎指标、吸水特性和显微硬度等,并进一步采用X射线衍射仪、光学显微镜分析了不同热损伤条件下再生骨料界面结构的变化。研究结果表明：高温损伤后的混凝土能够用于制备再生骨料,但是随着温度的升高,再生骨料表面附着砂浆会被剥离,同时其长径比和不规则度也随着热损伤温度的升高而降低;砂浆中含有的水化产物会因高温发生分解,造成再生骨料的吸水率增加和强度降低;经历高温损伤后的混凝土界面区会出现裂隙,且温度越高,裂隙越明显。     

基于细观损伤的混凝土破裂过程的三维数值模拟

在细观力学基础上将损伤力学和计算力学相结合来分析混凝土试件的变形、损伤和破坏过程。把混凝土简化成由骨料、砂浆及其二者之间的界面层所组成的三相复合材料,在已建立的混凝土骨料随机分布三维模型基础上用界面单元多次细分技术进行有限元网格划分,基于弹性损伤本构关系采用双折线损伤演化模型描述混凝土细观各相弹性损伤退化,用弹性模量的折减程度来反映混凝土试件在加载过程中的损伤程度。对混凝土圆柱体试件进行了数值模拟计算。进而通过损伤对混凝土材料裂纹的扩展、贯通以及最后破坏的过程进行研究。     

高温后混凝土损伤评估的声发射试验研究

为研究高温后混凝土的损伤特征,对25~900℃范围10种温度水平的混凝土立方体试块进行单轴压缩和变幅循环加卸载试验,同步进行声发射采集。试验结果表明高温后试块表观特征、受压破坏形态、力学性能、加载过程中的Kaiser效应和声发射速率过程参数均能有效表征高温对混凝土的损伤作用;以声发射速率过程理论和损伤力学建立的高温后混凝土损伤模型,实现了利用初始损伤因子D0对高温后混凝土损伤程度进行定量评估。     

基于损伤理论的型钢与混凝土界面损伤分析

基于连续介质损伤力学理论,给出能够较好描述混凝土力学特性的损伤本构模型,同时,根据型钢应变的发展以及屈曲影响,建立型钢损伤本构模型。依据大量实腹式型钢混凝土试件粘结滑移性能试验研究结果,对粘结强度与滑移量值之间的变化关系进行分析,进而建立一种基于损伤理论的型钢与混凝土界面损伤τ-s模型来合理考虑粘结损伤对构件力学性能的影响,并验证其合理性。最后,通过数值模拟对型钢混凝土梁试件进行分析,将所得结果与已有粘结-滑移本构模型计算所得结果以及试验所得结果进行对比分析。结果表明,所提出的粘结损伤τ-s模型较已有模型能更好地反映型钢与混凝土界面的粘结退化对结构构件性能的影响,其数值方法是有效的。研究结果可为型钢混凝土组合结构地震作用下的非线性分析提供理论基础。     

高温后沙漠砂混凝土抗压强度超声检测

考虑温度和沙漠砂替代率两个因素,对90个尺寸为100 mm×100 mm×100 mm沙漠砂混凝土立方体进行高温试验,通过对高温后试件进行抗压强度和超声检测试验,探究沙漠砂替代率和温度对抗压强度和超声波速的影响,建立高温后相对抗压强度劣化模型,得到沙漠砂混凝土高温后相对抗压强度与相对超声波速之间的关系,为沙漠砂混凝土高温后抗压强度的无损检测提供技术支撑。     

快速升温诱发混凝土热开裂过程的数值模拟

基于对混凝土细观结构的认识,从材料力学性质的非均匀特性出发,对不同力学边界条件下的混凝土快速升温诱发热开裂的过程进行了数值模拟,数值模拟中假定混凝土是由砂浆基质、骨料及其他们之间的界面组成的三相复合材料,并以最大拉应变准则和摩尔库仑准则作为损伤发生的阀值.数值模拟再现了混凝土内部微裂纹萌生、沿骨料与砂浆之间的界面扩展、贯穿砂浆基体的热开裂全过程.快速升温下温度梯度以及热力学不匹配联合作用下的这种热开裂裂纹,是混凝土热破坏过程中的主要裂纹形式之一,除了材料非均匀特性之外,热开裂裂纹的萌生、扩展也是促成混凝土热爆裂发生的不确定性的原因之一:在致使混凝土热破坏的同时,其本身也是水(汽)压力释放的主要通道,在一定程度上缓解热爆裂.数值计算结果对混凝土高温热破坏的研究具有参考价值.     

冻融损伤混凝土研究综述

以往研究表明,冻融作用是混凝土损伤破坏的主要威胁之一。随着混凝土结构服役时间的增加,冻融损伤作用逐渐暴露。然而,由于早期设计规范不成熟,且冻融损伤机理较为复杂,涉及多种变量,因而实际结构分析中忽略了冻融作用对混凝土力学性能及其与钢筋间黏结性能的影响,从而导致分析结果与实际存在偏差。综合国内外现有研究成果,分别从混凝土冻融损伤机理、材性研究和数值模拟3个方面出发,对混凝土冻融损伤研究现状展开了详细综述,以期进一步完善混凝土基本理论体系,从而可为在役混凝土结构的力学性能鉴定与耐久性检测提供理论参考。     

高温后钢纤维混凝土热学性能试验研究

为预测火灾条件下SFRC 构件内部温度场,对高温后SFRC 的表观密度、孔隙率、导热系数、导温系数和比热容等进行了试验研究,并对导热系数下降机理进行混凝土细观尺度的数值模拟分析。研究表明,SFRC 的表观密度、导热系数和比热容总体上均随受热温度的上升而下降;孔隙率随受热温度的升高而上升,其中约有1%~3%的孔隙率是由SFRC 内热开裂造成;细观尺度有限元模拟显示高温热开裂形成的裂缝热阻是引起导热系数下降的主要原因之一;砂浆与素混凝土导温系数随温度升高而降低,但SFRC 导温系数在300 ℃时出现拐点,呈上升趋势;相同受热温度下,随着钢纤维含量的增加,导热系数和导温系数均呈上升趋势。     

高强混凝土高温爆裂抑制措施研究

首先提出了定量表征混凝土受火爆裂程度的方法,然后研究了4种纤维、1种聚合物乳液和2种防火涂层对硅灰高强混凝土和粉煤灰高强混凝土受火爆裂的抑制效果。研究表明,单丝状、直径较小的聚丙烯纤维可有效抑制爆裂,提出了包裹干纤维表面的、受保护的混凝土柱的直径计算方法,并用以定量描述纤维掺量和直径对抗爆裂的影响。孔结构分析表明：添加物能有效抑制爆裂时,一般表现为试件受火后孔隙率显著提高,最可几孔径发生明显偏移,并且此最可几孔占有一定的数量。防火涂层具有一定的抗爆裂效果,但与涂层本身性能有关。     

基于G-L理论的混凝土损伤相变协同分析

基于Ginzburg-Landau相变理论,在连续介质力学与唯象理论的框架内,利用协同学系统相变类比的思想,提出了一种新的研究混凝土损伤相变的思路,即将超导相变的Ginzburg-Landau理论类比到混凝土损伤相变过程中来,并且取得了良好的研究成果.首先推导出了混凝土损伤相变的本构模型表达式,并计算出了损伤模型的线性解和非线性解及其相关函数,然后用大型数值模拟软件RFPA进行模拟验算,验证了该研究成果的正确性.     

火灾下钢筋混凝土剪力墙温度场数值模拟

为了研究配筋率、升温曲线、多面受火、传热系数等因素对钢筋混凝土剪力墙温度场的影响,利用COMSOL多物理场建模与仿真软件对火灾下钢筋混凝土剪力墙温度场进行模拟,并得到不同因素变化条件下的剪力墙的温度场分布规律,模拟结果与试验结果符合良好.对温度场模拟中各参数对温度场的影响进行了讨论,结果表明:受火时间越长,钢筋混凝土剪...     

关注环境作用的混凝土冻融损伤特性研究进展

混凝土结构耐久性劣化在不同的暴露环境下存在着显著的区域特征。研究冻融循环条件下环境参数变化对混凝土冻融损伤的影响规律,对混凝土结构的耐久性设计和工程实践具有重大的实际意义。关注混凝土结构耐久性的定量化设计,对混凝土结构服役寿命预测的需求进行分析,提出对现场冻融环境、现场与实验室试验环境下混凝土冻融损伤之间的关系、混凝土的抗冻性三个方面的数量化需求。总结现场冻融环境量化、混凝土经受冻融循环过程中环境因素（冰冻降温速率、最低冰冻温度、最低冰冻温度持续时间和饱含水情况）对混凝土冻融损伤作用机理与作用规律方面的理论与试验研究,进一步分析现场冻融环境与实验室试验冻融环境下混凝土冻融损伤关系的相关研究成果,并在混凝土冻融耐久性寿命预测和耐久性设计方法的层面上,提出最终结论与建议。     

火灾下钢筋混凝土结构三维温度场的数值模拟

研究受火钢筋混凝土构件内部温度场随时间的变化对于分析高温下建筑结构强度、形变的变化规律以及建筑结构的抗火性能是至关重要的.基于三维非稳态导热微分方程,用控制容积法建立了火灾环境下钢筋混凝土三维非稳态温度场的离散格式.计算了火灾环境下一钢筋混凝土楼板的三维非稳态温度场,其结果与文献报道的试验数据基本一致.还计算了一个由楼板、梁、柱和砖墙构成的钢筋混凝土整体结构在火灾中5 h的温度场.计算表明,各受火面在三维方向上的温度分布不是均匀的,火灾下建筑整体结构的温度场计算是一个三维问题;受火表面温度受到内部钢筋的影响而呈现波浪形分布;楼板和柱子的钢筋耐火极限应该同时被考虑.