PE-ECC梁抗冻融性能试验研究与有限元分析

为研究聚乙烯超高韧性水泥基复合材料梁的抗冻融性能,参照西北地区冬季近10年1月份平均最低温度,对15根PE-ECC梁进行了冻融试验。对冻融后的PE-ECC梁的受弯性能进行了分析;采用基于热传导理论的有限元程序USDFLD对PE-ECC梁进行了冻融循环与荷载耦合作用下的分析,同时与PE-ECC梁的冻融试验结果进行了对比与分析。结果表明,冻融200次后的PE-ECC梁的质量损失率为1.12%,相对动弹性模量高达93.4%,且冻融100次后的PE-ECC梁的极限弯矩约是PVA-ECC梁的1.19倍,是同等级抗压强度普通混凝土梁的1.62倍;ABAQUS子程序USDFLD可以较准确地计算PE-ECC梁在冻融循环作用下的破坏应力、承载力等,得到的PE-ECC梁抗冻融性能与试验结果吻合较好。采用USDFLD程序模拟PE-ECC梁的抗冻融循环性能具有可行性,可为研究荷载作用下的ECC构件的抗冻融循环性能提供一定的参考。

基于塑性损伤理论的钢筋混凝土锈胀裂纹模拟

基于混凝土的塑性损伤理论建立了钢筋混凝土保护层锈胀开裂的有限元模型.通过位移加载来模拟钢筋的锈胀作用,以最大应变作为混凝土损伤的判据,通过衰减混凝土弹性模量来实现混凝土损伤,研究了钢筋锈蚀引起的混凝土保护层内裂纹发生和扩展的轨迹.为了直观表示开裂轨迹,通过ABAQUS子程序USDFLD定义拉伸状态下的场变量f1,给出了内部裂纹、表面裂纹产生时对应的临界锈蚀率,探讨了钢筋直径、锈胀系数、保护层厚度对临界锈蚀率的影响.结果表明:侧向裂纹从混凝土内部钢筋表面开始扩展,竖向裂纹从混凝土保护层的外表面开始向内部扩展,且出现较晚;临界锈蚀率随着钢筋直径、锈胀系数的增大而减小,特别是锈胀系数的影响更显著,而保护层厚度对临界锈蚀率的影响不明显.

FRP约束混凝土柱的修正Drucker-Prager模型

Drucker-Prager(DP)模型中,摩擦角和内聚力相关的参数决定屈服、硬化软化准则,与膨胀角相关的参数决定流动法则。通过对试验样本数据的分析,确定了摩擦角的影响因素,将摩擦角定义为塑性应变的函数;进而由DP模型的屈服准则更新了内聚力模型。通过计算侧向塑性应变与轴向塑性应变的比率,建立了考虑约束刚度比的膨胀角模型。基于ABAQUS中的USDFLD子程序对修正后DP模型参数实现自定义,结果表明提出的修正后的DP模型可以很好地预测FRP约束混凝土柱的应力-应变响应,具有一定的精度。

考虑尺寸效应的FRP约束混凝土分析模型

尺寸效应对纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer, FRP)约束混凝土力学性能的研究尚不明确。分析了端部约束对混凝土圆柱体破坏模式的影响,考虑端部摩擦系数后,可以较好地模拟锥体破坏。根据已有文献中的试验数据,建立了64个FRP约束混凝土拟合样本数据库,涵盖了不同的FRP材料、混凝土抗压强度、50~400 mm范围的圆柱体直径、约束刚度比。尺寸效应对强度具有显著影响,DP准则中的内聚力本质上是强度函数,因此通过修正内聚力参数考虑尺寸效应的影响。通过USDFLD子程序实现塑性参数的自定义,分析了不同尺寸参数对FRP约束混凝土圆柱体名义强度的影响规律,提出了考虑尺寸效应的内聚力模型。结果表明:64个拟合样本的极限强度试验值和FEA预测值具有较好的一致性,决定系数为0.91,说明通过修正内聚力参数模型能较好地模拟不同圆柱体直径对FRP约束混凝土柱名义抗压强度的影响。最后对25个验证样本开展分析,得出极限强度FEA预测值和试验值的决定系数为0.93,表明所提出内聚力修正模型具备有效性,能够揭示尺寸效应对FRP约束混凝土强度的影响规律,且具有较好的精度。