考虑应变率效应的混凝土随机损伤本构模型研究

混凝土材料组分复杂且具有随机分布的特点,其受力力学行为不可避免地存在非线性和随机性.同时,在动力荷载作用下,混凝土材料具有不可忽视的率敏感性.为了综合反映混凝土受力力学行为中的非线性、随机性与率敏感性,本文从对材料的纳-微观裂纹扩展分析入手,引入速率过程理论描述纳观裂纹的扩展速率,并研究了对应的能量耗散过程.在此基础上通过裂纹层级模型将纳观分析推演到微观尺度,建立了微观能量耗散的基本表达式.进而与微-细观随机断裂模型相结合,形成了混凝土纳-微-细观随机损伤本构模型.同时,基于速率相关势垒的分析,揭示了动力强度的提高源自加载速率和原子键断裂速率的竞争机制.据此,假定微裂纹间相互作用与应变率比值的相关关系以建立微弹簧能量耗散速率与应变率的联系,实现了从静力本构模型向动力本构模型的扩展.数值算例表明,建议模型能够同时反映混凝土材料力学行为中的非线性、随机性和率敏感性.最后通过与相关试验结果的对比,验证了建议模型的正确性.     

混凝土三维细观模型的建模方法与力学特性分析

根据混凝土材料的细观组成和结构特点,基于三维Voronoi图形提出了一种简单高效的混凝土细观模型生成方法,利用塑性损伤模型对该细观模型进行了单、多轴应力状态下的准静态分析以及SHPB动态有限元分析。结果表明,数值模拟得到的应力应变曲线和破坏模式与实验结果基本吻合,本文中提出的混凝土三维细观模型可较好地模拟混凝土的静、动态力学特性,为进一步从细观力学角度研究混凝土损伤演化规律和破坏机理提供了模型基础。     

混凝土类材料SHPB实验中确定应变率的方法

由于混凝土类材料在SHPB实验中很难实现恒应变率加载,为了确定非恒应变率加载下的实验数据所对应的应变率,本文中针对不同强度(C20,C45,C70)和不同钢纤维含量(0%,0.75%,1.50%,4.50%)的混凝土进行了SHPB实验。对实验得到的30组恒应变率加载下的数据进行了分析总结,结果表明:实验数据所对应的恒应变率与全段平均应变率之间存在一定的比值关系,从而混凝土类材料SHPB实验数据所对应的应变率可以采用全段平均应变率的1.38倍来表征。通过对比非恒应变率加载和恒应变率加载下得到的应力应变曲线,验证了该确定应变率方法的合理性,并指出较短恒应变率加载下实验数据对应的应变率直接采用短平台段对应的应变率来表征是不合理的。     

近爆下泡沫混凝土复合结构在地下洞室的抗爆特性数值研究

为研究近爆作用下带泡沫混凝土复合结构的地下洞室的抗爆性能,基于LS-DYNA非线性有限元软件,建立了TNT炸药-围岩-锚杆-衬砌结构-空气的爆炸效应全耦合模型。应用ALE多物质流固耦合算法对比分析了普通衬砌结构洞室和带泡沫混凝土夹层的衬砌结构洞室的重要控制测点的应力、空气层压力和位移。测点峰值应力与TM5-855-1的经验公式吻合良好,证明了数值模拟的可靠性。数值研究结果表明,相比普通混凝土夹层,泡沫混凝土夹层能够有效地削弱爆炸冲击波的传播,大幅降低洞室内部空气的压力峰值,降低超压对人体器官的损伤,提高洞室内部人员的生存几率;采用泡沫混凝土夹层的衬砌需加强拱顶区域的刚度以降低顶底板相对位移差。研究结果为地下洞室抗爆设计提供了参考依据。     

横肋波纹钢板-钢管混凝土短柱轴心受压性能研究

横肋波纹钢板-钢管混凝土柱是一种新型钢管混凝土组合柱.为研究其轴心受压性能,本文以径宽比(单肢方钢管截面宽度与组合柱截面宽度的比值)为参数,开展了3根横肋波纹钢板-钢管混凝土短柱和1根普通方钢管混凝土短柱的轴心受压试验.探究了径宽比对各试件破坏模态、荷载—纵向应变曲线、承载力提高系数、延性等的影响,并与普通方钢管混凝土...     

混凝土结构扭转理论研究的进展

本文回顾了国内外混凝土结构扭转理论的历史发展,尤其是最近十几年来的进展。文中就有代表性的斜弯理论和空间桁架理论进行了述评。并按照结构构件受纯扭、弯扭及弯剪扭联合作用等加载方式,对于素混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土结构扭转的计算方法进行了归纳。最后对我国开展混凝土结构扭转理论的研究提出了建议。      

方钢管混凝土短柱轴心受压承载力的神经网络模拟

由于方钢管混凝土的侧向约束机构复杂,对方钢管混凝土柱强度承载力的计算至今仍没有一种统一的方法。本文拟采用神经网络方法对轴心受压方钢管混凝土短柱的承载力进行模拟。以混凝土抗压强度、钢管的屈服强度、套箍指标、截面尺寸和宽厚比等五个参数为网络输入,以构件的极限承载力为网络输出,构建多层前馈神经网络来描述它们之间的非线性关系。利用55组试验数据对网络进行训练和测试,并将其预测值与三种承载力计算模型的预测值进行比较。对比结果表明本文建立的神经网络模型对55组试验数据给出了最好的模拟精度,可作为预测方钢管混凝土柱承载能力的一种新方法。     

模态参数不确定性分析的贝叶斯方法研究

在结构损伤诊断和参数识别中,实测结构模态参数不可避免地存在误差。本文将模态参数视为随机变量,采用贝叶斯方法对模态参数的不确定性进行分析。分析中选用高斯联合概率密度函数作为先验密度函数,通过多次独立的模态参数测试,得到传递函数的条件概率密度函数和模态参数的后验估计表达式,再利用拉普拉斯渐近方法求解边缘概率密度函数,得到模态参数的最大后验估计。在钢筋混凝土框架结构的模态试验中,利用本文方法给出了结构模态参数的估计值,结果表明,本文方法具有良好的收敛性。     

陶粒-普通混凝土双层组合路面层间应力及弯沉分析

为研究陶粒-普通混凝土双层组合路面的层间应力及弯沉, 首先进行Z型组合试件的粘结性能试验, 并利用ANSYS软件建立陶粒-普通混凝土双层组合路面模型, 分析车辆在匀速和制动工况下组合路面的层间应力及弯沉分布; 还进一步研究了增设Z型钢筋网对组合路面层间粘结性能的加强作用. 结果表明: 陶粒-普通混凝土双层组合路面具有较理想的层间粘结性能和较小的变形; 增设Z型钢筋网可进一步减小层间应力和变形, 加强整体粘结性能.     

基于组件法的穿心螺栓连接CFST柱节点初始刚度计算

本文基于EC3中的组件法,分析并建立了不同类型穿心螺栓连接CFST柱节点的力学模型,提出了EC3中未涉及的加强角钢的组件模型以及穿心螺栓连接刚度系数计算公式,推导了不同节点的初始刚度计算公式,试验结果和公式结果的对比表明,采用EC3给出的受拉螺栓刚度系数将大大低估穿心螺栓连接CFST柱节点的初始转动刚度,而采用本文所提出的考虑穿心螺栓预紧力的受拉螺栓刚度系数计算公式则与试验结果吻合较好．