基于总应变裂缝本构的箱梁混凝土注胶修复机理研究

混凝土箱梁结构在长时间运营荷载和环境作用下产生的裂缝,影响着结构的整体性和耐久性,灌注式注胶是修复混凝土裂缝的有效方法.基于总应变裂缝本构模型并考虑横向约束效应的影响,通过Midas FEA建立箱梁有限元模型分析结构的应力、应变及荷载系数之间的关系,荷载系数大于0.5后箱梁各个特征节点逐渐呈现出非线性特征.在胶液渗流机理的基础上,对箱梁实体裂缝模型进行中高压灌注式注胶修复,并对修复后箱梁各个特征点进行应变量测和底板跨中挠度监测,结果表明底板跨中应变和挠度分别较修复前减小18%和25%,修复效果良好.

基于弥散旋转裂缝理论的UHP-FRC三维材料模型

基于Rots弥散裂缝理论以及旋转裂缝理论,在有限元软件LS-DYNA的UMAT自定义界面采用FORTRAN语言建立UHP-FRC的三维本构材料模型,该模型可以反映材料在拉伸荷载作用下的应变强化现象,而且在复杂的微小开裂过程中裂缝平面可以随主应力方向的变化而旋转。利用该本构模型对UHP-FRC材料的直接拉伸试验和标准梁弯曲试验进行数值模拟,模拟得到的应力-应变曲线以及荷载-挠度曲线与实验结果呈良好的一致性,表明所建立的模型可以较为合理地模拟UHP-FRC在拉伸荷载作用下的本构行为。

基于总应变裂缝本构模型的混凝土构件开裂破坏全过程研究

总应变裂缝模型作为国际结构混凝土协会混凝土模式规范中推荐的混凝土本构关系,可以较准确地模拟混凝土开裂破坏全过程中的力学行为及裂缝分布。基于该模型分析了约束效应和横向开裂效应对混凝土受力性能的影响。为对该模型进行验证校核,进行了两根大尺寸钢筋混凝土梁的三点与四点加载试验。针对该试验及已有研究中箍筋约束混凝土柱的受压试验,进行了基于总应变旋转裂缝模型的有限元模拟。模拟所得荷载-位移、荷载-应变曲线以及开裂模式与试验结果的误差基本在15%以内。在此基础上,预测了箍筋约束混凝土轴压及大偏心受压下的承载力,所得结果与经验回归模型所得压弯破坏包络线相一致。

岩石的单轴拉伸及其本构模型

在１０种岩石单轴拉伸试验的基础上，分析了岩石在拉应力作用下非弹性应变随应力增加而增加的规律性，提出了能够表现岩石受拉变形破坏全过程的非线性粘弹性本构方程。通过对拉应力作用下岩石本构模型与裂缝扩展模型的比较，讨论了岩石在受拉过程中非弹性应变增加与裂缝扩展之间的关联，发现了两者时间效应特征的相似规律性。

超固结土的蛋形弹塑性本构模型

为了描述超固结软土在不同应力条件下的强度变形特征,以蛋形函数为基本框架,建立并发展适用于超固结土体的弹塑性本构模型.通过对一系列超固结土应力路径三轴压缩试验结果的分析,探讨土体在超固结状态下塑性应变的发展规律(剪胀/剪缩).在先前提出的旋转塑性势面流动法则基础上对其进行发展与改进,引入峰值应力比,构建剪胀状态下归一化塑性势面旋转角与应力状态参数之间的近似线性关系,以满足超固结土的塑性变形特性.结合基于等效硬化参量的广义塑性功硬化原理构建超固结软土的蛋形弹塑性本构模型.将三轴压缩试验数据与数值预测结果进行对比以验证模型有效性,结果表明该模型可以有效反映超固结软土在不同加载条件下的应力应变特性,比如软化与剪胀.

基于总应变裂缝本构的矩形钢管-钢管混凝土组合桁架静力性能分析

基于约束混凝土的总应变裂缝本构模型,利用大型通用有限元程序MIDAS/FEA建立了空钢管桁架、钢管-钢管混凝土组合桁架和钢管混凝土桁架的有限元模型,进行约束混凝土本构模型的有效性验证及试验桁架静力性能分析。结果表明,文中有限元模型能较好地反映钢管-钢管混凝土组合桁架的静力性能,可以对影响组合桁架静力性能的各种参数进行分析。桁架破坏均发生在节点部位,但节点失效模式不同,主管内填混凝土改变了节点的失效模式。桁架的极限承载力均受到节点控制,主管内填混凝土能够有效提高桁架节点的强度和刚度,从而提高桁架的承载能力,减小桁架的整体变形。

双连拱隧道施工中衬砌开裂与力学行为研究进展

双连拱隧道因其较高的空间利用率而在工程中被广泛应用,然而在后行洞施工过程中先行洞衬砌常发生开裂。为研究此过程中衬砌的开裂及力学行为,该文提出了将分布式光纤监测、反演分析方法及可反映混凝土开裂行为的有限元模拟相结合的研究方法,在广泛调研国内外文献的基础上,梳理总结了该课题组研究相关成果,包括:依托于实际工程,实现了分布式光纤监测在连拱隧道施工中的应用;提出了精度更高的衬砌结构力学行为反演分析方法;验证了利用总应变旋转裂缝本构模型反映复杂受力及约束下的钢筋混凝土构件力学性能和开裂模式的可行性。该文的研究方法与结论可为有关工程实践提供参考。

桥台竖向裂缝发展的影响因素分析研究

为分析桥台在施工过程中受混凝土收缩、温度变化等作用下的开裂原因,并讨论台身横向防裂钢筋、桩基刚度、承台与台身混凝土龄期差、台身后浇带的设置等因素对桥台受力性能的影响,利用Midas/FEA对桥台进行非线性计算,探究出了台身的开裂机理,并得到各因素的影响,最后给出防治建议。主要结论为:台身裂缝的原因为混凝土收缩和温度变化作用下,承台与台身的变形受桩基约束,台身在桩基上方产生裂缝并竖向向上发展;配筋率相同时,台身横向防裂钢筋宜采用"细而密"的布置方式;满足承载力要求时,适当减小桩径可减小裂缝宽度;台身后浇带的设置很大程度上减小了裂缝宽度;可不考虑承台与台身混凝土龄期差对裂缝的影响。

玄武岩复合材料筋增强ECC受拉性能及裂缝控制机理

工程水泥基复合材料(ECC)因其高韧性和多缝开裂特性成为研究热点,纤维复合材料(FRP)因具有抗拉强度高、密度小、耐腐蚀性好等优点而受到广泛关注。为研究玄武岩复合材料(BFRP)筋增强ECC(BFRP-ECC)的受拉性能以及筋材对基体的裂缝控制机理,考虑了基体类别和配筋率等因素,对ECC狗骨试件、BFRP-ECC和BFRP-砂浆薄板试件进行了单轴拉伸试验,同时借助数字图像相关法(DIC)技术获得了试件受拉过程中的全场应变和开裂状态,基于Richard的弹塑性应力应变公式提出了BFRP-ECC单轴受拉应力应变本构模型。结果表明:BFRP-ECC的极限拉应力随配筋率的增加而增大;ECC基体对复合材料的受拉性能增强效果优于砂浆基体,同时以ECC为基体的复合材料在裂缝间距和宽度控制上都明显优于以砂浆为基体的复合材料;BFRP筋能增加BFRP-ECC裂缝处的桥连应力,减小裂缝间距和宽度,增加裂缝数量。本文建立的BFRP-ECC单轴受拉应力应变本构模型与试验数据吻合良好,较好地反映了BFRP-ECC受拉应力应变关系。

桥台裂缝成因的非线性分析及防治对策

为了分析桥台在施工过程中产生竖向裂缝的原因,通过Midas/FEA建立三维实体模型,考虑混凝土的材料非线性,选用旋转型的总应变裂缝模型,在大气降温、混凝土收缩和水化热等作用下,对桥台开裂原因及裂缝的发展过程进行非线性计算分析,结合实际裂缝发展情况,找到桥台开裂原因并提出裂缝的防治措施。结果表明,Midas/FEA的总应变裂缝模型可有效分析混凝土的开裂行为。

600MPa级新型抗震钢筋受力特性与本构模型研究

研究600MPa级新型抗震钢筋受力特性与本构模型.通过试验测试得到不同直径的600MPa级新型抗震钢筋的应力-应变全曲线.确定600MPa级新型抗震钢筋的屈服强度、抗拉极限强度、强屈比等强度指标;研究其弹性模量、断后伸长率、最大力总伸长率等变形指标.结果表明：600MPa级新型抗震钢筋具有良好的受力性能,其强度与变形指标均符合中国、美国、欧洲等国内外规范对抗震钢筋的要求.基于试验结果,给出600MPa级新型抗震钢筋拉伸本构关系的数学表达式和特征值.研究成果可为配置600MPa级新型抗震钢筋建筑结构中的设计、理论分析及受力钢筋数值模型的合理建立等提供试验依据.

SFRC三维细观尺度的数值与试验对比分析

针对钢纤维混凝土结构现有的细观尺度数值分析存在的问题,提出了一种新的SFRC三维细观尺度数值分析模型.在有限元软件Ansys及Madis/FEA中通过宏观混凝土与微观钢纤维相结合的方法来建立该模型,并进行非线性分析计算.与既有抗折试验进行对比分析可得,三维细观尺度数值分析方法结果与试验均值吻合较好,说明本文方法能较好地反映结构的强度、延性等特征及裂缝发展过程,并能反映钢纤维的受力过程.

既有裂缝条件下的主梁刚度衰减分析

针对既有腹板裂缝桥整体刚度衰减难以评估的问题,采用梁体分类单元假设,基于总应变裂缝模型,划分既有桥梁腹板开裂区域为裂缝区,顶底板等完整区域为弹性区。通过腹板开裂后的荷载位移曲线实现既有腹板裂缝桥整体刚度衰减的实用计算,并通过算例进行算法应用。结果表明:该算法能够较好地反映腹板特定区域开裂后的结构刚度衰减。随着外荷载不断增加,腹板区域从弹性工作状态逐步进入裂缝发展阶段,非弹性挠度增长曲线在后期发展显著,对于背景桥,腹板开裂后的结构整体刚度衰减为完整结构的84.5%。