强度理论百年总结

自从1900年著名的Mohr-Coulomb强度理论建立以来,已有100年的历史.在20世纪,关于材料在复杂应力状态下的强度理论进行了大量的理论研究和实验研究工作.本文对材料(包括金属材料、岩石、土、混凝土、冰、铁、聚合物、含能材料等)在复杂应力状态下强度理论(屈服准则、破坏准则等)的百年发展进行了总结,讨论了各种准则之间的关系,为研究和工程应用中的合理选择破坏准则提供了一种方法.文中还总结了三大系列强度理论、统一屈服准则、统一强度理论和其他各种强度理论,并简述了强度理论的计算机实施,以及多轴疲劳等问题.     

角钢约束混凝土中长柱轴压力学性能试验及承载力计算

为了研究角钢约束混凝土中长柱在轴压荷载作用下的力学性能,以长细比、缀板间距、混凝土强度等级为变化参数,完成了8个试件的静力加载试验。通过试验观察了试件的破坏形态,获取了其极限承载力、刚度、位移延性和耗能系数等力学性能指标;分析了各变化参数对力学性能指标的影响,利用统一强度理论、极限理论和叠加理论对试件的承载力进行计算。研究结果表明:长细比越小越容易发生柱端破坏,长细比加大后易发生柱中破坏;减小缀板间距,试件的极限承载力和变形能力均得到提高。随着混凝土强度等级的提高,试件的极限承载能力和初始弹性刚度得以提高,但位移延性和耗能能力有所降低。采用统一强度理论的计算值略大于试验值,采用极限分析理论和叠加理论的计算值均小于试验值。     

一个改进的混凝土非线性双剪切强度准则

通过对混凝土、岩石等材料强度理论的分析研究,基于普遍形式强度理论及双剪切强度理论,考虑混凝土在多轴荷载作用下材料强度性质在π平面和拉伸压缩子午线上不同的变化规律,将混凝土的强度准则定义为两个较大主剪切应力平方和的函数;并考虑其对应剪切应力作用面上的正应力和静水压力的影响,推导了一个考虑中间主应力效应和复杂极限面情况的非线性双剪切强度准则;通过实验数据获得了相关参数。结果表明该强度准则可以较好地描述混凝土材料的破坏特性。     

混凝土压缩破坏的数字图像相关研究

采用数字图像相关(DIC)方法研究了混凝土材料的压缩破坏。在压缩实验前，将混凝土外表层切除，裸露的细观形貌可以作为DIC技术中的自然散斑场。采用高分辨CCD进行表面图像采集，通过DIC技术处理后可以获得压缩破坏过程中的应变场分布。两端无约束的混凝土压缩破坏符合第二强度理论(最大拉应变强度理论)，因此本文分析了混凝土压缩...     

混凝土板的冲切强度

基于混凝土强度的试验资料,首先建立了合理描述混凝土强度破坏特性的Lade-Duncan破坏准则,并将该Lade-Duncan破坏准则转化为等效的Mohr-Coulomb破坏准则.依据塑性上限分析理论和合理的混凝土板冲切强度破坏模式,求出了圆形和矩形分布荷载下混凝土板冲切强度的统一表达式.通过与已发表的研究成果、试验结果和规范公式相比较,论证了本文给出的混凝土板冲切强度公式的合理性.     

多轴加载下混凝土细观破坏模拟的强度准则探讨

实际工程结构中混凝土材料大多处于双轴或三轴的复杂应力状态,已有的细观力学数值研究工作大多针对单轴加载问题,对于双轴或者三轴加载条件下混凝土破坏模拟的研究相对较少。复杂受力条件下的混凝土材料破坏模拟中,细观组分强度准则选取的合理与否将成为混凝土破坏模式及宏观力学性能数值研究准确和成功与否的关键。本文旨在探讨单轴强度准则,如最大拉应变准则在多轴加载条件下混凝土破坏过程研究中运用的合理性。鉴于此,首先在细观尺度上建立了混凝土试件的二维随机骨料模型,分别采用弹性损伤本构关系模型及塑性损伤本构关系模型来描述细观组分(即砂浆基质)的力学性能,对双轴加载条件下混凝土的细观破坏过程进行数值模拟,对比了单轴强度准则和多轴强度准则下混凝土试件破坏路径及宏观应力-应变关系的差异。数值结果表明,简单的单轴强度准则难以反映双轴加载下混凝土内部应力状态的复杂性,不宜采用单轴强度准则来描述多轴加载下混凝土的破坏行为。     

混凝土冲击破坏动态力学及能量特性分析

动强度和能量耗散规律是研究混凝土动力特性的主要内容。为探究混凝土在冲击荷载作用下的动态力学、变形以及能量演化特征,利用直径为100 mm的霍普金森杆装置对骨料率为0、32%、37%和42%的混凝土试样,分别进行了冲击速度为5、6、7 m/s的冲击压缩试验。探讨了冲击速度和骨料率对试样变形、动强度以及分形维数的影响,建立了动强度关于冲击速度和骨料率的表达式,并对试样吸收能和裂纹表面能之间的关系进行了对比分析。结果表明:混凝土试样破坏时出现了变形滞后现象,破坏形式主要以劈裂拉伸破坏为主;动强度随冲击速度、骨料率的增大而增大,用所建动强度公式可以较好地预估混凝土动强度;混凝土破坏碎块分形维数、吸收能和裂纹表面能均随冲击速度的增大而增大,随骨料率的增大而减小,且吸收能始终高于裂纹表面能,当骨料率为37%时,吸收能转化率最高,约91%转化为裂纹表面能。     

基于数字图像处理的含缺陷混凝土破裂过程研究

混凝土破坏规律受其缺陷的影响,为了从细观尺度研究含缺陷混凝土破坏规律,基于数字图像处理技术表征混凝土骨料形状、大小及空间分布,运用RFPA2D-DIP软件构建混凝土真实细观模型并进行单轴压缩试验,研究了含不同缺陷混凝土的破坏规律。试验结果表明:相比完整试件,含缺陷试件强度更低,破坏过程应力跌落次数更多,其初始裂纹在预制裂隙及孔洞两端萌生,缺陷与新裂纹的贯通最终导致试件破坏;混凝土中同时存在孔洞和裂隙时,孔洞与裂隙相互影响并形成应力集中的岩桥区域,当孔洞直径不变时,随着裂隙长度增加,试件峰值强度下降,在同一裂隙长度下,随着孔洞直径增大,混凝土峰值强度降低。     

新型波纹缀板-方钢管混凝土组合柱轴压性能研究

提出一种新型波纹缀板-方钢管混凝土组合(CSTCB)柱,是在柱四角布置方钢管并沿高度方向焊接波纹缀板形成钢骨架,向腔体内灌注混凝土而成。为研究CSTCB柱的轴压性能,对两个不同缀板间距的试件进行了轴心受压试验,并采用ABAQUS软件进行了有限元模拟。在比较试件破坏形态的基础上分析了试件受力机理,探讨了钢管壁厚、混凝土强度、钢材屈服强度和缀板间距对CSTCB柱承载力的影响。研究表明:CSTCB柱具有较高的承载力和延性,波纹缀板与钢管形成的钢骨架对混凝土有较强的约束作用,破坏形态为方钢管屈服及混凝土压碎;有限元计算结果与试验较为吻合,且增大钢材强度、钢管壁厚以及混凝土强度均能有效提高试件的承载力,但试件的延性随着混凝土强度的增大而降低。基于相关规范公式,建议了CSTCB柱的轴压承载力计算公式。本文研究对新型组合柱的工程应用具有一定参考价值。     

碳纤维增强混凝土缺口梁承载力试验研究

利用纤维薄板对混凝土构件进行加固或修补以提高其承载能力及延长使用寿命是一种新的先进补强方法。本文通过改变试件的缺口高度（α0）和纤维薄板长度（LX）,对素混凝土以及碳纤维薄板增强混凝土三点弯曲缺口梁试件进行对比试验研究,探讨两种梁的破坏机理及其极限承载力。试验及分析结果表明,采用碳纤维薄板外贴在梁的底部可提高梁 的整体刚度和强度,抑制混凝土中裂缝的扩展,改变梁的破坏模式,并大大提高其极限承载能力（可提高1．7－6．9倍）。     

火灾与撞击联合作用下钢管混凝土柱力学性能研究

为研究火灾高温与撞击联合作用下钢管混凝土柱的力学性能,基于ABAQUS建立了高温作用下考虑轴力影响的钢管混凝土柱侧向撞击有限元模型。首先,对高温与撞击联合作用下考虑轴力影响的钢管混凝土柱的破坏模式与受力全过程进行了分析,探讨了高温下钢管混凝土柱的抗撞性能与工作机理;其次,重点研究了受火时间、材料强度、含钢率以及撞击能量对抗撞性能的影响,并给出了相关设计建议。研究结果表明:高温与撞击联合作用下,钢管混凝土柱主要发生受弯破坏;受火15 min后,构件抗撞性能明显降低。轴压力对构件抗撞性能产生不利影响,轴压比从0增加到0.2,受火60 min构件抗撞性能下降了7.8%;混凝土强度对高温下钢管混凝土柱抗撞性能有显著影响,受火90 min后,混凝土强度由30 MPa增加到50 MPa,构件抗撞性能提高约85%;外钢管强度与含钢率对高温下抗撞性能影响不大。     

钢管砂轻混凝土轴压短柱力学性能研究

为了研究钢管砂轻混凝土短柱的轴压性能,以砂轻混凝土中河砂与陶砂的体积比例为变化参数,制作了3个圆钢管砂轻混凝土短柱试件和3个方钢管砂轻混凝土短柱试件,进行了静力单调轴压性能试验。观察了试件的受力过程和破坏形态,获取并分析了试件的应力-应变全过程曲线,基于统一强度理论、极限平衡理论和叠加理论分别计算了钢管砂轻混凝土短柱试件的轴压极限承载力。结果表明:钢管砂轻混凝土轴压短柱的外部钢管均向外屈曲,核心砂轻混凝土被压碎,方钢管砂轻混凝土短柱上部破坏程度较圆钢管砂轻混凝土短柱严重;钢管砂轻混凝土短柱的应力-应变曲线存在弹性、弹塑性和塑性三个受力阶段;建议采用基于叠加理论的AIJ-1997(CECS 159:2004或AIJ-1997)进行圆(方)钢管砂轻混凝土短柱轴压极限承载力的设计计算。     

不同孔隙率的碾压混凝土力学性能试验研究

混凝土的破坏受其内部缺陷影响,为了研究孔隙含量对碾压混凝土力学性能的影响,探讨碾压混凝土的力学性能和尺寸效应随孔隙率的变化规律,采用预制孔隙法模拟碾压混凝土中的孔隙开展力学性能试验,分析3种尺寸C20碾压混凝土试件在4种不同孔隙率情况下的抗压强度和劈拉强度的变化情况。结果表明：同一尺寸下,C20碾压混凝土的抗压强度和劈拉强度随着孔隙率增加逐渐降低,碾压混凝土孔隙含量增加对其强度产生了负面影响;碾压混凝土拥有明显的尺寸效应,孔隙率越大,碾压混凝土强度的尺寸效应越显著。     

反复荷载下型钢再生混凝土组合柱粘结性能研究

为研究反复荷载下型钢再生混凝土组合柱粘结性能,对17个组合柱进行了拟静力试验。重点分析型钢翼缘应变分布特征,利用粘结应力计算公式获取型钢翼缘粘结应力大小及其分布规律。在此基础上,分析组合柱粘结破坏机理和位移荷载循环次数对其粘结应力的影响规律,并给出粘结应力退化率计算公式。研究结果表明:反复荷载作用下型钢再生混凝土组合柱粘结应力分布规律基本呈抛物线状;柱中部附近的粘结应力最大,柱上下端粘结应力分布复杂,需对这三个部位采取相应的措施以保证型钢与再生混凝土之间的粘结强度;位移循环荷载作用下粘结强度逐渐降低,出现粘结应力退化现象。研究结论可为型钢再生混凝土组合柱的抗震设计提供理论参考。     

钢筋再生混凝土梁高温后受弯承载力试验及计算

为研究高温后钢筋再生混凝土梁的受弯性能,以温度、再生粗骨料取代率、混凝土强度为变化参数,设计了17个试件进行高温后的静力加载试验,观察了高温后试件的受力破坏过程,绘制出荷载-挠度、截面应变分布曲线,分析了各变化参数对高温后钢筋再生混凝土梁受弯性能的影响规律,并探讨了其抗弯承载力和挠度计算方法。研究结果表明:钢筋再生混凝土梁在历经高温后的受弯破坏形态基本与常温下相同;随着温度的升高,试件的剩余承载力先增大后减小,刚度逐渐降低,损伤退化速度变快,延性降低,耗能能力和峰值挠度减小;随着再生粗骨料取代率的增加,试件加快进入损失残余阶段,耗能能力和峰值挠度增大;混凝土强度等级的提高,能有效提高高温后再生混凝土梁的承载力和增大峰值挠度。     

锈蚀钢筋混凝土偏心受压构件实验及其承载力计算方法研究

大量锈蚀钢筋混凝土偏压构件的实验研究表明,随着纵向受力主筋锈蚀率的增大,偏心受压构件的承载力及其刚度均有不同程度的降低。并且由于钢筋锈蚀,钢筋混凝土偏心受压构件延性也随之降低,脆性性质明显,从而可能使得钢筋混凝土偏压构件的破坏形态发生变化。在对预制钢筋混凝土柱进行快速锈蚀实验85研究的基础上,对锈蚀偏心受压构件的结构性能退化机理和破坏特征进行了分析;在现行计算理论和实验85结果分析的基础上,通过拟合出的锈蚀钢筋与混凝土间的应变不协调系数,对未锈蚀构件的相对界限受压区高度进行修正,得到了锈蚀偏心受压构件相对界限受压区高度的修正公式;考虑锈蚀钢筋截面的削弱、钢筋屈服强度的降低以及钢筋和混凝土之间粘结性能退化的影响,提出锈蚀偏心受压构件正截面承载力计算方法,为今后混凝土结构耐久性评估和可靠性鉴定提供了科学依据。     

“UNIFIED STRENGTH THEORY AND ITS APPLICATION” 评介

强度理论主要研究应力和应变的极限状态, 以便与容许的应力和应变进行比较. 仅仅单轴 实验及其结果是不充分的, 还需要双轴和三轴的研究. 因为不同的材料在复杂应力-应变状态 下具有不同的力学性能, 所以屈服准则和破坏准则就会起到非常重要的作用. 采用这些理论 进行研究的目的是确保土木结构和机械结构的安全性. 然而一般来说, 这些理论只能对有限 的材料及其相关的应力-应变状态进行分析, 它们并不能解决产生所有问题的每个方面, 因此, 统一强度理论就在不断地探索中. 在俞茂宏著《统一强度理论及其应用(英文版)》(Ber- lin: Springer, 2004)中, 作者首先从双剪和双剪屈服准则的概念出发, 先后建立了双剪强度理论和统 一强度理论. 统一强度理论的极限线覆盖了外凸极限线的全部区域, 并且可以扩展到非凸极 限线的区域. 该书不仅是理论、实验、应用和历史的论述, 而且是作者独特研究的专门著作. 书中的内容明显地反映出了这些特点. 书的各章目录分别为: 1绪论; 2单元体应力状态; 3统一屈服准则; 4屈服准则的验证; 5统一屈服准则的扩展; 6材料在复杂应力状态下的基本特性; 7统一强度理论; 8强度理论的实验验证; 9统一屈服准则的应用; 10结构分析的破 坏准则效应; 11历史评论; 12参考文献和书目. 各章后面有一个小结和与重要内容有关的习题. 最后一章涵盖了历史评论和从1638年到2002 年间超过1\,000种的完整的书目. 本书适用于广泛的读者,它对强度理论及其应用领域有重要贡献.     

碳纤维布加固钢筋混凝土梁受力性能的试验研究

通过对8根矩形截面钢筋混凝土梁的静力加载试验,研究了抗弯和抗剪两种加固方式对钢筋混凝土梁的破坏形态和力学性能的影响,对比分析了碳纤维加固率、试验梁的状态、混凝土强度对加固效果的影响。结果表明：经碳纤维抗弯哥口抗剪加固后加圉梁相应的力学性能指标值明显提高;混凝土裂缝扩展得到了有效延缓,加固效果明显;抗弯加固后可显著提高混凝土梁的承载力和延性,但提高程度并不与加固率成正比;预裂粱抗弯加固后承载力和延性得到提高,但与其相同加固参数的梁相比,其承载力和延性有所降低;抗剪加固时混凝土强度越高,加固后混凝土梁的承载力和变形能力提高幅度越大,其中混凝土梁的变形能力受混凝土强度的影响较大。最后,对加固梁的极限承载力进行了理论分析与计算,建立了实用的理论计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

弹体正侵彻混凝土靶动态开坑作用过程

为了进一步研究弹体侵彻混凝土靶的开坑作用过程,基于开坑破坏过程分析对开坑阶段进行划分,结合弹体头部形状函数、Z模型流线场分布以及法向膨胀理论,建立考虑混凝土飞溅过程影响的开坑阻力计算模型,并运用文献中试验数据验证模型的可靠性。在此基础上,进一步分析了典型弹靶参数对弹体侵彻混凝土靶动态开坑作用过程的影响规律。研究结果表明：弹体开坑飞溅区范围随弹体头部形状系数和混凝土强度的增大而减小;飞溅区范围达到稳定的时间和动态开坑作用时间随初速和混凝土强度的增大而缩短,随弹体头部形状系数的增大而增大;相较于弹体头部形状系数和混凝土强度,初始撞击速度对动态开坑作用过程的影响更显著。     

型钢再生混凝土梁受剪性能试验及承载力计算

为了研究型钢再生混凝土梁的受剪性能,以剪跨比、再生粗骨料取代率、混凝土强度等级为变化参数,设计了12个试件进行静力加载试验。通过试验观察了试件受力破坏过程及形态,获取其荷载-变形全过程曲线、极限承载力等数据,并分析了再生粗骨料取代率、剪跨比、混凝土强度等参数对试件受剪承载力的影响规律。在试验基础上,建立了型钢再生混凝土梁受剪承载力的拟合公式;分别采用国内外相关规范公式计算试件的受剪承载力,并与试验结果进行对比分析。结果表明：型钢再生混凝土梁根据剪跨比的不同,表现为剪切斜压破坏和剪切粘结破坏两种不同的形态;再生骨料取代率对试件的受剪承载力有不利影响,但影响不大,而剪跨比和混凝土强度则有较大影响;随着剪跨比的增大,试件的承载力显著降低;随着混凝土强度的提高,试件的承载力有一定的提高;拟合公式和《型钢混凝土组合结构技术规程》方法可适用于型钢再生混凝土梁的受剪承载力计算,而《钢骨混凝土结构设计规程》及日本规范方法计算结果小于试验值。