混凝土火灾损伤本构模型研究

混凝土材料在高温作用下的力学性能研究对混凝土结构防火设计和火灾损伤评估具有重要意义。构建了混凝土火灾损伤本构模型,引入热损伤反映温度对混凝土弹性模量、抗拉强度、抗压强度等力学参数的影响,考虑到混凝土受拉和受压状态下的不同的损伤特性,将混凝土材料的损伤分为受压损伤、受拉损伤和热损伤三种。建立了损伤演化、塑性流动以及内变量演化方程,通过塑性-损伤耦合,描述了不同温度和应力状态下混凝土的应力-应变特性,证明了模型严格符合热力学定律。利用所建立的本构模型对不同温度下的混凝土单轴拉伸、压缩试验进行了模拟计算,计算结果与试验结果能较好地吻合,证明了模型的合理性。     

细微钢纤维增强RAC强度及损伤本构模型研究

细微钢纤维作为再生混凝土性能增强材料,在提升再生混凝土强度和韧性方面具有较大的优势。基于此,对不同细微钢纤维体积掺量的再生混凝土力学性能以及单轴受压下损伤本构方程和损伤演化方程进行了研究。结果表明：随着掺入不同体积掺量的细微钢纤维,再生混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗压强度、峰值应变、弹性模量、韧性等力学性能均有不同程度提升,特别是掺量在细微钢纤维体积掺量1.5%时增强效果最明显;分别建立了细微钢纤维特征值与抗压强度、劈裂抗拉强度关系,确定一些参数;此外,基于Weibull分布理论,推导了损伤本构方程,并且依据试验结果建立了模型参数,并且将损伤本构方程作出理论曲线与试验曲线进行了对比,发现两者拟合度较好。     

基于材料塑性损伤累积效应的梁单元数值模拟分析方法

考虑损伤发展和损伤累积效应的结构受力特性分析计算,对于更精确地研究和预测结构强震灾变行为,有着十分重要的意义.基于热力学损伤演变理论,推导了适合于铁木辛柯梁单元的损伤演变方程和相应的本构,并开发了相应的考虑损伤累积效应的数值分析方法.通过和梁试件试验结果数据的对照以及现有材料模型的数值计算比较,表明该模型在构件滞同仿真数值计算方面可以实现更准确的模拟.     

基于Weibull强度理论的混凝土冻融损伤本构模型研究

将统计学方法与细观力学方法结合,采用平行杆模型模拟混凝土等脆性材料单轴受压的损伤演化规律。研究了基于Weibull强度理论的混凝土细观统计损伤本构模型,并通过冻融后的混凝土单轴受压本构试验,拟合出模型相关参数m和ε0,提出了基于细观统计损伤力学的混凝土冻融损伤本构方程。最后通过非线性有限元分析软件ABAQUS对提出的模型进行数值模拟,并与试验结果对比分析,验证了所提出模型的合理性。     

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。     

岩石变形破坏过程耗散结构理论分析及损伤模型

将岩石视为系统,运用耗散结构理论分析能量在岩石系统形成有序耗散结构过程中的作用机制,揭示能量演化与强度变化、缺陷系统演化之间的关系和规律,在此基础上,以耗散能为参量建立描述缺陷系统演化过程的非线性动力学方程,推导耗散能演化方程,采用非线性最小二乘法对多种岩石的耗散能演化试验数据进行回归分析,验证耗散能演化方程的正确性。基于能量耗散和耗散能演化方程定义损伤变量表达式,从而得到能够反映岩石内部能量和力学作用机制的损伤演化方程。依据连续损伤理论建立考虑残余强度的岩石三维损伤本构模型,通过与多种岩石不同围压下的试验应力应变曲线进行对比,分析表明理论曲线与试验曲线吻合良好,所建损伤本构模型可以很好地描述复杂应力环境下岩石材料的变形与强度特性。     

基于三轴压缩试验的岩石统计损伤本构模型

基于三轴压缩试验,结合统计强度理论和连续损伤理论建立了一种岩石统计损伤本构模型,并对建立的本构模型的数学意义和物理意义进行了讨论分析。由此可知,统计损伤本构方程实质是用对应于某一屈服准则的等效应力表示的连续损伤演化方程,能较好地描述材料的非线性力学行为,也能逼近材料的弹性应力-应变关系。统计损伤本构模型的统计参数均可以通过单轴或三轴压缩试验得到,在利用三轴压缩试验的轴向实测应力、实测应变时应当对损伤本构模型进行修正。对于单轴压缩试验的压密阶段,还给出了初始损伤的估计方法。引入对数正态分布和Mohr-Coulomb准则,通过理论曲线与若干岩石单轴、三轴压缩试验曲线的对比,验证了所提出的统计损伤本构方程及其参数确定方法以及模型修正的合理性,同时也肯定了对数正态分布和Mohr-Coulomb准则在统计损伤本构研究中的适用性。     

冻土弹塑性各向异性损伤模型及其损伤分析

基于不可逆热力学理论,通过引入能考虑冻土体积变形的塑性势函数,得到冻土弹塑性各向异性损伤本构方程,在与损伤张量对偶的广义力——应变能释放率空间中,构造了损伤累积势函数,并导出各向异性损伤演化方程。应用此模型分析冻土三轴试验资料,计算结果与试验吻合较好。计算结果表明:(1)冻土变形过程中的弹性损伤只占总损伤量的很小一部分,绝大部分损伤发生在塑性变形阶段;(2)围压的增大,有助于冻土结构的强化,从而减少冻土结构的总损伤量。     

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。     

混凝土损伤本构模型研究评述

现有混凝土本构关系主要是基于成熟的经典弹塑性模型所建立的,弹塑性模型在数学上较严格,但是与混凝土材料破坏机理不协调,各国学者针对混凝土这类特殊多相复合材料提出了很多基于不可逆热力学理论的损伤本构模型。系统综述了混凝土损伤本构研究的成果,在分析了各个有代表意义的混凝土损伤本构模型基础之上,对比研究了各个模型的特点及各自适用范围,通过总结前人成果,为损伤本构模型研究提供了思路。     

混凝土宏观本构模型研究进展

近年来,随着结构工程的快速发展,对结构在罕遇地震和风载作用下的精准数值模拟与性能化设计提出了更高需求.结构工程中的混凝土属于准脆性材料,试验表明混凝土具有显著的受压软化、受拉软化、剪切软化和捏拢效应等特性.针对上述特性,概述了结构工程数值模拟中常用的6种混凝土数值模型,包括非线性弹性模型、脆性裂缝模型、弹塑性裂缝模型、...     

An enhanced damage plasticity model for predicting the cyclic behavior of plain concrete under multiaxial loading conditions

Some of the current concrete damage plasticity models in the literature employ a single damage variable for both the tension and compression regimes, while a few more advanced models employ two damage variables. Models with a single variable have an inherent difficulty in accounting for the damage accrued due to tensile and compressive actions in appropriately different manners, and their mutual dependencies. In the current models that adopt two damage variables, the independence of these damage variables during cyclic loading results in the failure to capture the effects of tensile damage on the compressive behavior of concrete and vice-versa. This study presents a cyclic model established by extending an existing monotonic constitutive model. The model describes the cyclic behavior of concrete under multiaxial loading conditions and considers the influence of tensile/compressive damage on the compressive/tensile response. The proposed model, dubbed the enhanced concrete damage plasticity model (ECDPM), is an extension of an existing model that combines the theories of classical plasticity and continuum damage mechanics. Unlike most prior studies on models in the same category, the performance of the proposed ECDPM is evaluated using experimental data on concrete specimens at the material level obtained under cyclic multiaxial loading conditions including uniaxial tension and confined compression. The performance of the model is observed to be satisfactory. Furthermore, the superiority of ECDPM over three previously proposed constitutive models is demonstrated through comparisons with the results of a uniaxial tension-compression test and a virtual test.     

冻融循环作用下纤维混凝土的损伤模型研究

通过对4组10 cm×10 cm×40 cm混凝土试件的快速冻融循环试验,以及采用共振法和超声法进行试件的波速和频率测试,得到了冻融循环200次混凝土试件的损伤参量特征值和强度变化规律,论证了超声波速作为损伤参量测试值的合理性,研究了冻融循环对纤维混凝土材料损伤特性的影响因素,分析了纤维混凝土冻融损伤破坏的细观机理,结合动弹性模量和超声波速相对值的变化特点,根据细观损伤力学和数学模拟的方法建立了纤维混凝土冻融损伤本构模型。研究分析和测试计算显示:纤维混凝土冻融损伤模型的计算值与实测值基本吻合,本构模型预测的混凝土损伤特性符合混凝土实际冻融破坏情况;超声波速作为损伤参量易于测量且易与宏观量建立联系,能够较好地反应纤维混凝土冻融损伤规律;聚丙烯纤维在混凝土中能够产生引气效应,可有效地抑制混凝土的冻融损伤劣化程度,在本文研究的混凝土强度范围内纤维掺量为10%时混凝土抗冻性最好。     

基于不同本构模型的混凝土结构地震倒塌对比分析

基于混凝土材料本构模型,结合精细化结构单元模型和高效稳定的数值算法,实现了混凝土结构的动力倒塌全过程分析。对建模方法、结构分析方法、材料与构件失效准则等进行了简要介绍。以某钢筋混凝土框架-剪力墙结构为例,分别采用混凝土弹-脆性本构模型、弹塑性本构模型和随机损伤本构模型进行了结构地震倒塌全过程分析。结果表明：混凝土本构模型对结构倒塌分析具有重要的基础地位,本构模型选取不当,将给出错误的倒塌模式或分析结果;混凝土随机损伤本构模型能够准确地预测结构的强非线性行为,可用于复杂混凝土结构倒塌全过程的模拟。     

混凝土多轴弹塑性损伤本构模型

建立了混凝土的多轴弹塑性损伤本构模型.考虑到混凝土在受拉和受压荷载作用下的不同破坏机理,将应力张量分解成受拉和受压两部分,定义了塑性屈服函数,从而达到考虑混凝土塑性变形的目的.在连续损伤力学理论的框架内定义了相应的损伤变量,并分别给出了损伤准则,以描述材料的不同损伤过程.对混凝土的单/双轴受拉和单/双轴受压四种加载情形进行了数值计算,并与相关的试验对比,结果验证了模型的正确性及有效性.     

基于正交设计的L形截面损伤敏感因素分析

基于受压混凝土损伤本构关系,建立了任意截面损伤分析模型。应用正交设计方法对L形截面压弯构件进行5参数4水平L16(45)损伤裂化的参数分析,筛选影响L形截面损伤敏感因素。分析结果表明:肢厚比是影响截面抗弯能力最重要的敏感因素,其次是加载角、配筋率。由于L形截面的不对称性,加载角对截面的抗弯能力影响不容忽视。配筋率可以有效地缓解截面损伤裂化的程度,其次是混凝土强度,而加载角将加重混凝土损伤裂化。     

Analysis on damage causes of built-in corridor in core rock-fill dam on thick overburden: A case study

The stress state of the built-in corridor in core rock-fill dam on thick overburden is extremely complex, which may produce cracking and damage. The purpose of this paper was to investigate the effect of thick overburden on the stress and deformation of the built-in corridor in a rock-fill dam, and ascertain the damage causes of the corridor. The rationality of the analysis method for corridor with similar structure is another focus. The approach is based on finite-element method and the calculation result accuracy is verified by the field monitoring data. The improved analysis method for corridors with similar structure is proposed by comparing various corridor load calculation methods and concrete constitutive models. Results demonstrate that the damage causes of the corridor are the deformability difference between the overburden and concrete and the special structural form. And the calculation model considering dam construction process, contact between concrete and surrounding soil, and concrete damage plasticity can reasonably reflect the mechanical behavior of the corridor. The research conclusions may have a reference significance for the analysis of tunnels similar to built-in corridors.     

基于不同损伤本构模型的钢筋混凝土剪力墙结构数值模拟

混凝土材料的力学行为具有典型的非线性与随机性特征。而科学合理的本构模型是进行混凝土结构动力反应与抗震整体可靠性分析的基础。为深入研究该问题,采用三类不同的混凝土损伤本构模型,包括混凝土塑性损伤本构模型、混凝土细观随机断裂损伤模型和考虑拉压软化效应的混凝土细观随机断裂损伤模型,对1个9层钢筋混凝土剪力墙结构进行精细化动力反应数值模拟,并与已完成的振动台试验结果进行对比。结果表明：采用三类模型均能较好地预测混凝土剪力墙结构的顶层位移最大值;然而,由于不合理地假定了损伤完全决定于塑性,采用经典塑性模型难以获得正确的结构层间位移角分布和损伤分布;与之相比,采用混凝土细观随机断裂损伤模型能够很好地反映混凝土结构的失效模式、裂纹开展和损伤分布,尤其通过进一步引入拉压软化效应,不仅能够定量反映上述特征及弯剪破坏形态,而且能够反映试验中存在的底部受压破坏模式。     

钢-混凝土混合结构振动台试验的弹塑性损伤分析

通过LS-DYNA程序,二次开发了钢材和混凝土单轴弹塑性损伤本构模型,其中钢材损伤模型采用混合强化准则,可考虑材料的Bauschinger效应;混凝土损伤模型定义了拉、压两个损伤指数,能较为准确地模拟混凝土单边效应、箍筋约束效应等。结合程序中基于显示算法的纤维单元,建立了结构整体数值分析模型,并通过一个缩尺比例为1∶4的3层钢-混凝土混合结构模型振动台试验,验证了数值分析模型的分析精度,数值模拟得到了模型结构的损伤发展过程。此外提出一种通过实测应变反演应变测试部位材料的应力和损伤发展的方法,研究表明,应变反演能充分利用应变测试数据,获得材料应力和损伤发展过程,并对结构的性能退化进行评估。