基于数字图像的土、岩和混凝土内部结构定量分析和力学数值计算的研究进展

土、岩及混凝土是一种内部结构极其复杂的材料,内部细观组成和结构决定了它们在外力作用下内部应力和应变等物理场的分布状态,在很大程度上控制了它们的宏观力学响应和破坏机理和过程。自1995年以来,数字图像处理技术作为一种材料细观空间结构及几何形态的精确量测和数字表述手段快速地被应用于沥青混凝土、水泥混凝土、土和岩体材料细观结构定量分析中来。本文在研究相关文献的基础上,分析和研究了数字图像技术在土、岩及混凝土内部结构定量分析和力学数值计算中的发展过程和研究成果,内容包括:单个骨料颗粒形态特征定量分析;土、岩和混凝土内部结构定量分析;岩体结构定量分析中的应用;基于数字图像处理的土、岩和混凝土细观结构力学计算。在此基础上,本文进一步对数字图像技术在岩土领域中的应用进展及未来的发展趋势进行了探讨,认为数字图像作为一种空间分布测量手段和数字表述方法使得它具有巨大的潜力,特别是在岩土领域的纵深发展过程中,它可能实现考虑细微观结构性的岩土力学和工程分析和预测的、新的方法和理论。     

变分原理分析开裂简支箱梁剪力滞效应

变分原理通常应用于箱形截面梁剪力滞效应弹性分析,本文基于换算截面法,运用变分原理推导了预应力混凝土简支箱梁均布荷载作用、钢筋混凝土简支箱梁集中荷载作用的剪力滞系数计算公式,考虑了混凝土开裂对箱梁剪力滞效应的影响,并与试验结果和规范方法进行了对比分析。变分原理分析开裂混凝土箱梁剪力滞效应方法力学概念明确,是其弹性分析适用范围的拓展,亦可推广应用到混凝土连续箱梁开裂后的剪力滞效应分析,具有广阔的应用前景。     

汽车碰撞砼护拦过程的数值模拟

将汽车与砼护拦简化为刚体，给出了描述碰撞过程中车辆三维空间运动的Ｅｕｌｅｒ－Ｌａｇｒａｎｇｅ方程－微分代数方程组，采用半显式外插方法求解上述方程组。数值计算得出的车辆各方向上的最大平均加速度、最大侧倾角、最大俯仰角、车轮沿护拦面的最大爬升值及车辆脱离护拦时的弹出角等结果是从乘员风险和车辆轨迹等多角全面评估砼护拦的安全性能的重要依据。针对美国ＮｅｗＪｅｒｃｙ型砼护拦的实际算例与文献结果吻合较好。     

薄壁离心钢管混凝土构件的稳定性研究

提出了圆锥形薄壁离心钢管混凝土构件任意截面综合抗弯刚度的简化计算公式和工程中常见的固定端约束条件下的临界压力计算公式     

混凝土层裂强度测量的新方法

提出了利用Hopkionson压杆测量混凝土层裂强度的新实验方法:用高聚物材料取代传统的金属材料透射杆,混凝土试件为细长杆,由于高聚物波阻抗比混凝土小,试件中压缩波在试件/吸收杆界面反射后形成拉伸波使试件产生层裂破坏,通过吸收杆上透射波形可以确定混凝土层裂强度。由于波在粘弹性材料中的弥散效应,吸收杆中透射波形会发生变化,但三维有限元分析表明,在利用吸收杆上透射波确定混凝土层裂强度时弥散产生的影响可以忽略。按照一维特征线理论,可以由吸收杆上的应变波形确定出混凝土材料的层裂强度。     

钢框架中组合楼盖的面内变形

为了研究影响钢-混凝土组合框架中组合楼盖隔板性能的因素,以楼板厚度、框架侧移刚度以及结构平面刚度布置为参数对钢框架中的组合楼盖进行了弹性有限元分析．分析结果表明,除长宽比外,组合楼盖的隔板性能还与其面内刚度以及支撑体系的特性有关．根据分析结果提出了组合楼盖隔板性能的评价方法, 并与试验结果进行了验证．该方法可以为工程实践中评价组合楼盖的隔板性能作参考．     

混凝土单轴受拉的非局部本构模型

混凝土受拉本构行为存在很强的局部软化现象,使得单轴受拉试验无法给出应力-应变关系,而只能给出应力-位移关系。本文根据内变量理论和等效应变假设建立了基于真实应变的混凝土单轴受力本构方程,并根据Weibull分布可以描述混凝土等脆性材料断裂过程的试验现象,建立了关于弹性应变的损伤演化规律。然后,通过假设平均应变与真实弹性应变的函数关系,在应力-平均应变的本构关系中采用平均弹性应变以描述其非局部行为,而在材料的损伤演化规律中采用真实弹性应变以描述其局部行为,由此建立了单轴受拉荷载条件下的非局部本构模型。最后,对一个单调受拉试验和一个反复受拉试验的仿真结果表明所提出的非局部本构模型可以准确地模拟试验结果。     

土中爆炸冲击混凝土道面的数值模拟

炸药在多相介质中的爆炸是气态爆轰产物和固态介质之间的耦合作用问题，对其进行数值模拟一般不考虑炸药而直接将爆轰压力加在介质上，而耦合方法对炸药和其周围的介质进行离散，炸药和介质采用统一的控制方程，通过界面条件实现相互作用。任意拉格朗日欧拉（Arbitary Lagrangian and Eularian）法，是最近兴起的适用于计算固体大变形问题的数值计算方法。将其引入爆炸力学计算，可以避免由于物质的大变形引起的单元畸变和计算困难。同时混凝土的损伤模型，更加符合混凝土在高应变率加载条件下的力学特性和破坏机理。将这三种方法引入数值模拟，计算结果与相关试验结果有较好的吻合。     

水工混凝土S-N和P-S-N曲线特性研究

在已知混凝土静压强度分布的基础上使用S－N曲线模型推导出一种疲劳寿命满足的分布，并对水工混凝土做了大量的等幅抗压疲劳试验。通过分析发现，实验数据能较好地符合该分布，同时得出了该种混凝土的S－N曲线和P－S－N曲线。     

预应力混凝土结构的预应力测量技术的探索研究

本文着重叙述了在预应力轨枕模型和拉压双应力桥梁模型上采用环槽法和盲孔法测量模型预应力的方法,以及有关的分析计算结果.