钢板-混凝土组合加固钢筋混凝土梁的非线性有限元分析

以10根采用钢板-混凝土组合加固技术加固的钢筋混凝土梁的试验为基础,建立了钢板-混凝土组合加固钢筋混凝土梁的非线性有限元模型.沿用了钢板-混凝土组合梁有限元分析中栓钉的荷载-滑移曲线及断裂模型,提出了新老混凝土界面的剪切-滑移模型,可以较好地模拟界面受力性能.采用有限元软件ABAQUS,模拟了一次加固、不同损伤加固及持载加固等加载情况下加固构件受力全过程和受弯破坏以及新老混凝土剥离破坏等破坏形态下加固试件的受力性能.在验证了有限元模型的准确性后,分析了钢板厚度、加固部分高度及长度等参数对加固构件承载能力及刚度的影响.最后提出了几点对钢板-混凝土组合加固RC梁的设计建议.     

玻璃纤维管约束再生混凝土柱轴压性能研究

为研究玻璃纤维管约束再生混凝土柱轴心受压性能,设计了13个试件并对其进行轴心受压试验,观察并研究了试件在轴压作用下的破坏形态及破坏过程,获取了试件的荷载-应变曲线、荷载-位移曲线、承载力等轴压性能指标,主要分析再生骨料取代率、长细比、再生混凝土强度等级等参数对玻璃纤维管约束再生混凝土柱轴压性能的影响。结果表明:玻璃纤维管可以有效地提高构件轴压承载力,其中玻璃纤维管沿着环向和纵向方向发生不同程度的断裂而破坏,内部核心再生混凝土主要表现为压溃和剪切破坏;试件承载力随长细比和再生骨料取代率的增大而降低,最大降幅分别为13.72%和11.08%;试件轴压承载力随着再生混凝土强度的增加而增大,最大增幅为7.59%。在此基础上,考虑再生骨料取代率和长细比对试件轴压承载力的不利影响,提出适用于玻璃纤维管约束再生混凝土柱的轴压承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好。研究结论可为该构件的工程应用提供一定参考。     

圆钢管型钢再生混凝土短柱轴心受压试验及有限元分析

为研究圆钢管型钢再生混凝土短柱的轴压性能,本文对9根短柱进行了轴心受压试验,分析了短柱的破坏形态及设计参数对其轴压性能的影响。结果表明:短柱破坏形式为型钢先屈服然后钢管表面发生外鼓变形破坏,核心再生混凝土主要发生剪切破坏和压溃破坏;短柱轴压承载力随再生粗骨料取代率的增大而降低,但仍表现出良好的变形能力;增大钢管壁厚和型钢配钢率对短柱轴压性能是有利的。此外,通过ABAQUS软件对该短柱轴压性能进行了有限元分析,获取了短柱的整体变形图、应力云图及轴向荷载-应变曲线,并与试验结果进行对比。结果表明:有限元模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上,本文对该短柱轴压性能进行了参数分析。分析表明:短柱轴压承载力随再生混凝土强度的提高而增大,但变形能力有所降低;短柱轴压承载力随钢管及型钢强度的提高而增大,对变形能力影响不明显。上述研究结论对圆钢管型钢再生混凝土短柱的推广应用具有积极意义。     

不同骨料混凝土剪切断裂试验及数值分析

利用四点剪切加载的试验方法对不同骨料混凝土的双边切口试件进行了详细的试验研究。研究表明骨料不同的混凝土试件,其宏观断裂行为存在很大的不同,并且P-Δu曲线呈现出较大的差异,从而为进一步研究混凝土的断裂机理提供了参考。本文在试验研究基础上,建立了与试验模型相对应的三维有限元模型,利用有限元工程分析软件,对混凝土四点剪切的断裂力学行为进行了分析。结果表明,由于混凝土材料本身力学性能的特殊性-其抗拉强度较其抗压抗剪强度要低得多,所以裂纹尖端处的应力场分布状态是导致混凝土纯剪加载下的张拉破坏和剪切破坏的主要原因。     

双材料界面断裂力学模型与实验方法

纤维增强聚合物(FRP)质轻、高强, 可提高结构的刚度、强度、抗震性能和耐久性, 近年来在结构加固及工程改造中得到广泛应用. FRP与传统复合材料之间形成双材料黏结界面, 界面断裂特性是决定双材料结构性能的关键因素. 对双材料界面裂纹尖端应力场理论、界面裂纹模型、黏结界面I型、II型及混合型断裂试验及理论研究现状进行综合评述和分析. 界面模型主要有经典梁/板理论和刚性节点模型、考虑剪切变形的双亚层理论和半刚性节点模型、基于双亚层理论的柔性节点模型、考虑剪切变形的多层亚层理论和多亚层柔性节点模型、弹性地基梁模型以及黏聚模型. 还介绍了双材料界面断裂力学在FRP-混凝土研究中的应用.      

燃气爆炸作用下蒸压加气混凝土砌体墙的加固性能

为研究燃气爆炸作用下蒸压加气混凝土砌体墙的加固性能,基于有限元软件LS-DYNA,建立了砌体墙简化数值模型,分析了GB 50779-2012 石油化工控制室抗爆设计规范中建议的荷载作用下砌体墙高度和厚度的影响,对比了玄武岩纤维(basalt fiber reinforced plastic, BFRP)布与喷涂式聚脲对蒸压加气混凝土单向砌体墙的加固效果,并以防止砌体墙倒塌为设计目标,给出了加固建议。研究表明,本文中建立的简化数值模型能较好地模拟燃气爆炸作用下蒸压加气混凝土砌体墙的变形和破坏模式,计算结果与试验吻合良好;《规范》建议荷载作用下,未加固砌体墙以弯曲破坏为主,随着墙体高度增加,破坏模式由弯曲破坏向剪切破坏转变;BFRP布条加固可以有效提高墙体抗弯刚度和压拱效应,而聚脲涂层加固对抗弯刚度提高有限但墙体拉拱效应明显,二者均能显著提高墙体抗爆性能;加固墙体均发生弯曲破坏,BFRP布条材料的断裂一般发生在墙体位移最大处,而聚脲涂层材料的断裂发生在跨端边界处。     

Ⅱ型模态控制下的GFRP-混凝土界面断裂韧度测定

介绍了一种适用于评价GFRP-混凝土界面断裂性能的理论分析模型,并结合端部开口试件的四点弯曲试件(4ENF)试验,测得了该类界面在II型模态控制下的断裂韧度.该模型考虑了试件各子梁中的横向剪切变形对能量释放率的影响,引入一阶剪切变形梁理论对界面断裂过程进行模拟;同时由于混凝土在受剪及受拉区域容易发生破坏,故试件设计过程中引入钢筋进行加强,有效减少了实验数据的离散性;进一步通过与有限元仿真进行对比发现结果吻合较好,这说明本文方法能够有效测定II型模态荷载控制下复合材料-混凝土界面的断裂韧度,评价复合材料增强混凝土结构的界面断裂性能,预测界面的起裂、裂纹扩展和失效容差.     

钢管约束活性粉末混凝土短柱承载力计算研究

活性粉末混凝土(RPC)具有超高强度但脆性较大,钢管约束可显著提高RPC的延性。采用全截面加载、仅对核心混凝土加载两种方式,对20根外径133mm的圆钢管约束RPC短柱开展轴心受压性能试验。分析了试件的破坏过程和特征、荷载-位移曲线和轴压承载力;探讨了加载方式、钢管径厚比和RPC强度对轴压性能的影响规律。结果表明:套箍系数大于0.9时,试件发生鼓曲破坏,其余则为剪切破坏;钢管厚度为4.5mm、6mm时,荷载-位移曲线会出现明显的下降段,钢管厚度为8mm、10mm时,曲线则平稳或者继续上升;试件整体轴压承载力大于钢、混凝土两种材料承载力的简单叠加,两种加载方式下的提高幅度分别为12%、24%。在试验基础上分析了钢管约束RPC短柱的工作机制和受力模型,结合双剪统一强度理论建立了短柱在两种加载方式下的轴压承载力计算方法,公式计算与试验结果的误差小于10%,适用性较好。     

FRP-混凝土界面剥离破坏过程并行数值模拟

FRP-混凝土界面粘结性能和抗拉裂能力是外贴FRP片材加固混凝土结构技术的关键问题。基于FRP与混凝土界面面内剪切试验的结果,采用材料真实破裂过程三维并行分析(RFPA3D-Parallel)系统,对FRP-混凝土界面的粘结性能进行了三维并行数值模拟研究。数值试验再现了FRP-混凝土构件的三维破裂过程演化过程,清晰地反映了拉伸载荷作用下FRP-混凝土构件界面剥离破坏的规律,FRP-混凝土界面剥离破坏是一个细观损伤不断产生和宏观裂缝形成的渐进过程,可通过监测FRP-混凝土结构损伤演化过程的声发射来揭示FRP-混凝土结构在外载荷作用下的损伤程度。FRP片材在加载过程中的变形剥离破坏过程大致可以划分为四个阶段：(1)弹性变形阶段;(2)弹性软化阶段;(3)弹性软化剥离阶段;(4)软化剥离阶段。本文的数值计算表明RFPA3D-Parallel并行数值模拟方法为FRP片材-混凝土界面剥离破坏过程和机理研究提供了一个很好的途径,同时也为研究FRP-混凝土工程结构等的损伤断裂机理提供了一个新的分析手段,这对于土木建筑工程中FRP-混凝土结构的工程设计施工、损伤断裂控制及混凝土结构加固等研究无疑具有重要的理论指导和实践意义。     

土的工程力学性质的颗粒流模拟

基于颗粒流理论,引入不同的颗粒接触连接本构模型,分别建立了砂土和粘性土的颗粒流模型．通过颗粒流数值模型试验,对砂土和粘性土的室内平面应变试验及其剪切带形成和发展进行了数值模拟,分别对比了不同围压下颗粒流试样与室内试验的应力应变关系曲线,基本再现了砂土和粘性土试样应力．应变关系．通过砂土和粘性土PFC试样剪切带模拟表明,当围压较小时试样内部颗粒位移量小而且分布范围较广,当围压增大时,试样内部颗粒位移量也增大,而且发生较大位移颗粒的分布范围趋于集中,同时随着围压的增大试样内部形成明显的剪切带．无论砂土还是粘性土的PFC试样,随着围压的增加剪切带的形状趋于集中,而且剪切带宽度在减小．在围压很小时,试样内形成大的破坏区域,在围压较大时出现明显的线破坏区．这些规律基本与室内试验结果相似。     

方钢管型钢再生混凝土组合短柱轴压性能非线性分析

在方钢管型钢再生混凝土组合短柱轴心受压试验研究的基础上,选择合理的再生混凝土和钢材本构模型,结合现有结构非线性分析理论,采用Abaqus有限元软件建立该组合短柱的有限元模型,并对该短柱轴压性能进行全过程非线性分析。主要研究其破坏形态、应力分布及荷载-应变关系曲线,分析再生骨料取代率、方钢管宽厚比、型钢配钢率和再生混凝土强度对该短柱轴压性能的影响规律,并将其与试验结果进行对比,同时对短柱进行有限元参数分析。结果表明,有限元计算结果与试验结果吻合较好,该有限元模型能较好地模拟方钢管型钢再生混凝土组合短柱轴压性能;组合柱轴向承载力随再生骨料取代率的增加而有所降低,而随方钢管宽厚比、型钢配钢率和再生混凝土强度的增加而增加。总体上看,该组合短柱承载力高,变形能力较好,研究结论可为方钢管型钢再生混凝土组合柱的工程应用提供一定参考。     

基于细观力学的混凝土弹塑脆性损伤研究

将混凝土假定为一种由硬化水泥砂浆、粗骨料、界面粘结带所组成的三相复合材料,在满足骨料级配曲线算法的基础上,采用细观单元的弹塑脆性损伤本构关系,考虑材料的非均质特性,建立了基于细观力学的混凝土弹塑脆性损伤数值模型;分别研究了单轴受拉预置裂纹试样和单轴受压混凝土试样的细观弹塑脆性损伤破坏行为,并揭示了混凝土的宏观表征强度存在明显的尺寸效应,通过将计算结果与 Bazant 尺寸效应公式、单轴受压物理实验曲线进行对比,验证了模型的正确性。数值试验表明：该模型可以清晰地模拟混凝土细观塑性屈服和失效裂纹的萌生和扩展。骨料与水泥砂浆间的界面粘结带相对薄弱,在混凝土试件形成宏观损伤局部化带前,试件的屈服和破坏首先发生在骨料边缘处的界面位置,并沿着界面粘结带扩展、贯通;同时,导致宏观裂纹形成和发展的因素仍以细观单元的拉伸破坏为主。     

泡沫混凝土弹塑性损伤模型在组合式防护结构中的应用

为了将新型泡沫混凝土动态弹塑性损伤模型应用到防护结构中,首先开展组合式防护结构预制孔装药爆炸试验;随后利用新泡沫混凝土材料模型对试验进行数值模拟验证,并将新模型的模拟结果与LS-DYNA中Soil and Foam模型的模拟结果进行对比;最后,基于验证的数值模型,开展以梯度泡沫混凝土作为分配层的组合式防护结构预制孔装药爆炸的数值模拟,探讨梯度泡沫混凝土层界面层数和排列方式对组合式防护结构抗爆性能的影响。结果表明,新泡沫混凝土材料模型的模拟结果与试验结果吻合良好,与Soil and Foam模型相比,新模型在应力波传播和损伤破坏方面预测更好,泡沫混凝土层界面层数和排列方式对作用在主体结构上的应力以及分配层的损伤破坏情况有一定的影响。     

混凝土复合型裂纹扩展的非局部近场动力学建模分析

基于非局部近场动力学理论,构建了修正的能反映混凝土宏观拉压异性和断裂特征的近场动力学本构模型,开发了相应的离散、加载和时间积分算法,实现典型混凝土构件中复合型裂纹扩展过程模拟。在物质点对尺度上定义局部损伤并考虑物质点对的相对转动,通过求解时空微-积分方程实现裂纹的自然萌生与扩展,避免裂尖不连续带来的求解奇异性、网格依赖性和网格重构以及常规近场动力学本构模型的泊松比限制。通过含单边和双边初始裂纹四点剪切混凝土梁裂纹扩展破坏全过程模拟,得到破坏形态、破坏荷载以及完整的荷载-裂纹开口滑移曲线,并与试验和其他数值模拟结果对比,验证了模型的精确性和算法的稳定性。     

钢筋混凝土界面的近场动力学方法

近场动力学方法已被广泛用于钢筋混凝土的开裂破坏研究,传统近场动力学方法的控制方程与参数是基于同种均质材料的能量方程确定,在处理不同种材料之间的相互作用时,无法合理反映其界面的力学行为.针对这一问题,通过分析钢筋混凝土界面的黏结-滑移机理,提出了近场动力学界面区材料点的相互作用模型,发展了考虑钢筋混凝土界面黏结的键基近场动力学方法.基于键基近场动力学与连续介质力学的能量密度等效方法,提出了界面微弹性参数的确定方法;根据钢筋肋间混凝土的应力分布规律,获得界面材料点域半径与受限楔体半径的等效关系;利用界面黏结-滑移曲线峰值应力对应的滑移变形,给出了界面临界拉伸常数确定方法.通过与2组钢筋混凝土构件的拉拔试验对比,验证了发展的界面近场动力学方法,并开展了不同条件下钢筋混凝土构件的数值试验.结果表明,发展的近场动力方法能够合理反映钢筋直径、锚固长度、混凝土强度以及肋间距对钢筋混凝土界面黏结行为的影响,体现了所提方法的合理性与优越性.     

轻钢沙漠砂陶粒混凝土剪力墙受压力学性能研究

通过对4组沙漠砂陶粒混凝土试块进行本构关系试验,对4片轻钢沙漠砂陶粒混凝土剪力墙墙肢试件进行轴压试验和有限元模拟,研究了此类剪力墙的轴压性能,分析了混凝土强度及端部薄壁型钢对其轴压性能的影响。研究表明:采用过镇海本构关系方程拟合的应力-应变曲线与试验曲线吻合较好,其相关系数在0.9以上,能够较为准确地反映沙漠砂陶粒混凝土在单轴受压荷载作用下的受力变形特征;随着混凝土强度的提升,试件承载力略有提升,但对试件变形能力的影响很小;在墙体两端预埋薄壁型钢可有效提高试件的抗压刚度和承载力,并能改善墙体变形能力;ABAQUS有限元分析结果与试验结果吻合良好,其相对误差在10.0%以内,能够较好地模拟轻钢沙漠砂陶粒混凝土剪力墙的轴压性能,其破坏形态为顶部混凝土压碎,钢丝网及薄壁型钢依次受压屈服。     

老化作用下沥青集料界面力学行为研究

为了探究老化对沥青混合料界面力学性能的影响,将不同温度老化处理的沥青制成的三明治试件进行剪切试验以模拟实际路面发生的破坏情况。通过分析应力-剪切位移的关系与界面破坏情况,研究在不同程度老化作用下沥青集料界面剪切破坏与沥青内部剪切破坏机理,并根据本试验的情况在已有的模型基础上完善出相对符合本试验的理论模型。试验结果表明:每组试验均产生单波峰与双波峰曲线,通过开尔文模型可知,之所以出现双波峰情况,是沥青弹性与粘性的共同作用导致的。随着沥青老化程度的加深,沥青流变性能降低,沥青集料界面的粘附性呈下降趋势,沥青的凝聚性呈先下降后上升趋势,老化加深到一定程度时,双波峰迅速减少,单波峰迅速增加,原因是随着老化程度的加深,沥青凝聚性反向增强,界面破坏只发生在沥青集料界面。     

冷弯薄壁型钢与轻骨料混凝土黏结性能研究

为研究冷弯薄壁型钢与轻骨料混凝土间的界面黏结性能和磷酸镁水泥(MPC)作为界面黏结剂的可行性,为今后组合结构中增强界面黏结强度的研究提供参考。通过8组试件的推出试验,对其破坏现象、荷载-滑移曲线、界面黏结能量指标及界面损伤进行分析。结果表明：试件的开裂荷载、峰值荷载和残余承载力均会随纤维的掺入而增加;黏结界面涂抹MPC后,黏结承载力会进一步提高,荷载-滑移曲线对应的屈服平台变得更明显。MPC的应用对试件黏结能量指标的提高幅度要大于纤维的作用,其中对弹性变形能的提高幅度更为明显,使试件达到破坏状态的速度大幅延缓,并对加载全程的损伤发展都起到抑制作用,将其应用在LC30级轻骨料混凝土和钢纤维轻骨料混凝土中会取得更好的效果。     

混凝土三维细观接触面模型数值模拟与CT试验验证

对混凝土三维随机骨料模型进行了改进,在骨料和砂浆之间加入了"面-面接触单元"模拟两者的接触特性,编制了相应的命令程序,称新模型为混凝土接触面模型.采用双折线损伤演化模型进行计算,对数值模拟结果进行了分析研究.从混凝土破坏过程图和荷载-位移曲线图两方面与CT试验结果进行了比较,表明试件破坏时裂纹的萌生、扩展过程与CT试验...     

GFRP管型钢再生混凝土组合柱轴压性能及承载力计算

通过对11根玻璃纤维(GFRP)管型钢再生混凝土组合柱的静力加载试验以研究其轴压性能,主要考虑再生粗骨料取代率、配钢率和长细比、再生混凝土强度等级等设计参数,重点分析试件破坏过程及形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线和承载力等。结果表明:各试件试验过程及破坏形态相似,型钢先发生屈服,随后内部再生混凝土被压碎,最后外部GFRP管纤维撕裂破坏;试件轴压承载力随着取代率和长细比的增大而逐渐减小,其最大降幅分别为10.8%和9.5%;提高配钢率和再生混凝土强度对组合柱的轴压承载力是有利的,其最大增幅分别为14.1%和6.1%。在GFRP管的约束作用下,内部型钢再生混凝土处于三向受压状态,组合柱的承载力得到了显著提高。在此基础上,采用叠加原理并考虑再生粗骨料取代率及长细比的不利影响,提出GFRP管型钢再生混凝土组合柱的轴压承载力计算公式,计算值与试验吻合较好。