废玻璃粉混凝土力学性能与应力-应变本构关系

为有效利用玻璃固废材料,将废玻璃粉用作水泥掺合料,制备废玻璃粉混凝土.通过废玻璃粉混凝土力学性能试验,分析了废玻璃粉替代水泥的原理.基于废玻璃粉混凝土破坏机制,探讨了各个力学性能指标变化规律.采用随机损伤本构关系对比分段式本构关系探讨了废玻璃粉混凝土应力-应变本构关系,并且分析了废玻璃粉混凝土损伤演化、脆性指数等变形性能.试验结果表明：随着废玻璃粉取代率的增大,废玻璃粉混凝土脆性指数会微弱减小,其立方体抗压强度、轴压强度减小幅度大于弹性模量和劈裂抗拉强度的降低幅度;废玻璃粉混凝土初始损伤阶段持续时间相对较短,裂缝扩展速率在应变为1×10^-3～6×10^-3之间相对较平稳;分段式本构关系和随机损伤本构关系的计算结果与实测结果吻合良好.废玻璃粉替代水泥,在混凝土材料中有较好应用前景.     

C45细石混凝土力学性能的试验研究

为了研究钢筋混凝土异形柱框架在8度地震区的受力变形性能,通过对C45细石混凝土27块立方体抗压强度试块、15块棱柱体抗压强度试块、6块弹性模量试块以及2块应力-应变全曲线试块的试验,分析了立方体强度、棱柱体抗压强度的分布规律,探讨了它们之间的关系;研究了弹性模量与混凝土强度之间的关系和混凝土的应力-应变关系;得出了以下结论:C45细石混凝土的棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值为0.68;与混凝土结构设计规范(GB 50010-2002)的理论计算值相比,其弹性模量试验值较大,而应力-应变关系曲线的峰值点应变以及极限压应变较小。最后,提出了C45细石混凝土弹性模量和简化三直线混凝土应力-应变关系曲线的计算公式。     

水泥混凝土轴心受压应变的分布曲线

对3组共9个水泥混凝土棱柱体试件(150mm×150mm×300mm)进行逐级加载试验,研究水泥混凝土棱柱体试件轴心受压时接近试验机压头位置以及其他各截面纵向应变的分布状况,得到不同荷载作用下的各截面应变分布曲线.分析水泥混凝土棱柱体试件不同位置在荷载逐渐加大情况下的应变分布规律,进而得到应变分布曲线方程.     

方钢管再生混凝土框架柱的非线性有限元分析

为进一步研究方钢管再生混凝土框架柱在地震反复荷载下的抗震性能,基于试验结果,选择合理的材料本构关系及破坏准则,采用有限元软件ABAQUS对试验中框架柱的抗震性能进行非线性分析,得到其荷载-位移滞回曲线。在此基础上对方钢管再生混凝土框架柱进行了参数分析,分析了核心混凝土等级、再生骨料替代率这2个参数对框架柱抗震性能的影响。研究结果表明,该模型的计算结果较为准确,计算得到的荷载-位移滞回曲线与试验实测结果吻合较好;提高核心混凝土等级,试件的承载力提高明显,但后期变形能力差,延性较差;增大再生骨料替代率可以明显改善试件的延性,但会降低试件所能达到的极限荷载。研究结果可供实际工程需要及试验设计参考。     

水泥净浆单轴受压力学性能试验与分析

为得到简单配比的水泥净浆单轴受压力学性能,进行了2种配合比的水泥净浆试件试验,给出了试验现象与破坏过程,得到了水泥净浆试件力学性能指标。分析了弹性模量变化规律,给出了以水泥净浆棱柱体抗压强度为基础的弹性模量计算公式。分析了水泥净浆单轴受压应力-应变曲线上升段变化规律,采用混凝土规范公式拟合得到了水泥净浆单抽受压应力-应变曲线上升段计算公式,给出了曲线参数取值。给出了通过强度计算得到水泥净浆弹性模量及应力-应变曲线上升段的计算方法,为工程实践及采用水泥净浆进行分析提供基础素材。     

基于Mohr-Coulomb准则的岩石损伤统计分析方法研究

从探讨基于Mohr-Coulomb准则的新的岩石微元强度表示方法及其服从Weibull随机分布的特点出发，基于岩石三轴应力应变试验曲线，建立了反映岩石破裂全过程的损伤软化统计本构模型．在此基础上，重点研究了Weibull分布参数对岩石损伤软化统计本构模型的影响，并结合岩石三轴应力应变试验曲线的特征，对岩石损伤软化统计本构模型进行了合理修正．与试验结果及前人研究结果比较，该模型形式简单，能更好地反映工程实际，具有广阔的应用前景。     

灌孔混凝土砌块砌体受压性能研究

通过对灌孔混凝土砌块砌体中混凝土芯柱三向受压应力状态进行分析,提出了适用于灌孔混凝土受压弹性模量的计算方法.同时,基于大量的试验结果,提出了适用于灌孔混凝土砌块砌体的泊松比、峰值应变、极限应变等参数,并引入到Domingo J.Carreira等提出的混凝土本构模型中,得出了适用于灌孔混凝土砌块砌体受压的应力-应变全曲线公式.对比结果表明,计算值与试验结果吻合良好,可供灌孔混凝土砌块砌体结构设计和研究参考.     

金属有限变形问题中应力应变的选择

在假设弹性系数为常数的前提下,采用有限变形弹塑性有限元法,研究了单向压缩时如何用简单的幂次本构关系来逼近载荷－位移实验曲线,将这一本构关系推以多维弹塑性大变 ,用于解决金属成型问题时,受变形大小的限制嘱 用具有能量共轭关系的旋转克希霍夫应力和对数应变进行计算,则不受变形大小的限制,可得到满意的计算结果。     

单轴加载下混凝土超声波与声发射联合特性试验研究

本研究通过混凝土试件在单轴向受压下的试验研究,对比了不同强度等级立方体和棱柱体试件对超声波波速的影响,分析超声波及声发射参数随应力的变化关系。试验结果表明:强度等级越高的混凝土超声波波速时间稳定性表现越好;棱柱体超声波稳定性优于立方体试件;在工作应力为极限破坏应力的20%~70%阶段,超声波波速下降缓慢,声发射撞击数增加,能量和振铃计数呈突发式增长;当工作应力大于混凝土的极限破坏应力70%后,超声波波速明显下降,声发射活动急剧增加。提出划分应力阶段对2种检测方法进行分析,为混凝土结构工作应力状态的检测提供参考。     

断层作用下海底管道应变的改进解析分析方法

活动断层是海底管道的主要地质灾害威胁之一,断层作用下管道会产生过量的轴向变形而失效。提出一种改进的走滑断层作用下海底管道应变解析分析方法:根据线性强化模型考虑了管材的非线性本构关系,通过理想弹塑性本构的非线性土弹簧模型准确计算土壤非线性约束对管道结构响应的影响,由管道受力微分控制方程推导得到管道内轴向应变的解析结果,并给出管道伸长量的显示表达式。最终基于平衡方程和迭代计算,可以精确计算管道应力应变。对比有限元计算结果,改进后的管道应变解析分析方法较现有的推荐方法(Newmark法)计算精度更高。     

界面处理对自密实混凝土与老混凝土黏结滑移的影响

【目的】通过新老混凝土的黏结剪切试验,考察不同界面处理方法对新老混凝土黏结滑移的影响。【方法】以自密实混凝土为新混凝土材料,通过自行设计的推出式剪切试验装置,考虑不同粗糙度(自然光滑面、粗糙面Ⅰ和粗糙面Ⅱ,对应粗糙度分别为0,2.0,3.2mm)和不同界面剂处理(不涂界面剂的粗糙面Ⅰ及涂刷界面剂Ⅰ和界面剂Ⅱ)对新老混凝土黏结界面的影响,利用测定的沿受力方向上新老混凝土各点处的应变值,推算黏结面上黏结应力的分布,进而分析不同界面处理下新老混凝土的黏结滑移关系。【结果】新老混凝土界面处黏结应力分布呈三段式曲线发展;自然光滑界面的黏结试件上,黏结应力传递不均匀;涂抹界面剂的试件黏结应力在加载端处增长较快;涂刷界面剂与否对新老混凝土黏结滑移影响不大;通过回归分析得到了黏结滑移的本构关系函数式。【结论】粗糙度处理对新老混凝土黏结滑移影响较大,涂刷界面剂的影响较小,回归得到的黏结滑移本构关系可供实际工程参考。     

蓖麻籽冷榨塑性模型试验研究

通过密闭容器单轴压榨试验,明确了蓖麻籽散粒体压榨过程中塑性阶段的应力-应变关系,建立了蓖麻籽散粒体单轴压榨塑性本构模型,确定了幂次强化模型参数,并将试验结果和单轴压榨塑性本构模型计算结果进行了比较.综合对比结果表明,基于Doraivelu屈服准则的蓖麻籽散粒体等效应力-应变模型验证了压榨过程中的幂次强化规律,在塑性阶段,相同大小加载力条件下,等效应变与单轴加载时轴向应变最大相对误差为8.3%,平均相对误差为5.41%.     

高温冻土融化固结的水热力耦合模型构建

依据比奥(Biot)固结理论,应用总拉格朗日(Total Lagrangian)方法建立考虑大变形的应力场控制方程;引入应力-温度耦合损伤模型作为冻结状态下的高温冻土本构模型,以未冻水含量为耦合节点建立水热力耦合模型;通过冻结粉质黏土的升温三轴压缩试验验证模型的有效性,分析水热力耦合模型与应用小应变假设的模型的差异。结果表明:水热力耦合模型经过引入高温冻土应力-温度耦合损伤本构模型,冻结状态初始融化阶段预测结果与试验曲线较吻合。在变形加速至缓慢变形过渡阶段(1.5~2.5 h),模拟结果与试验曲线存在一定差异,但整体可有效预测高温冻结粉质黏土的融化固结过程。考虑大应变状态的水热力耦合模型,对融化变形的预测精度优于应用小应变假设的模型。根据模拟结果,分析水热力三场的相互作用关系、冻土融化固结过程,高温冻土外部升温状态下,边缘融化部分形成排水通道,加速上部土体水分排出。     

地基极限承载力的无网格分析

在无网格伽辽金法的基础上,利用应力应变增量形式表征了基于Drucker-Prager屈服准则的土体弹塑性本构关系;在小变形假设的前提下,实现了基于增量本构关系的弹塑性分析的无网格伽辽金法;采用罚参数修正了能量变分方程式,方便地实现了无网格伽辽金法的本质边界条件;并采用Newton-Raphson增量迭代法计算地基土体的极限荷载,其分析结果与静载试验结果吻合较好,验证了本文方法的合理性,进一步拓展了无网格伽辽金法的应用范围.同时与有限元计算结果作了对比研究,体现了无网格法的优越性.     

应用霍普金森压杆试验分析柠条动态力学特性

为研究柠条的动态力学特性,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对柠条的横纹、顺纹试件进行动态压缩试验。通过改变驱动气压,使撞击杆分别以12、19、26 m·s^-1的初速度对入射杆撞击,比较不同应变率时,柠条试件的应力表现、破坏形态。结果表明：在相同的冲击能作用时,柠条顺纹试件的动态屈服应力强于横纹试件;随着应变率的提升,顺纹试件的动态屈服强度变化程度高于横纹试件,且应变率效应亦强于横纹试件。由动态应力-应变特性可知,柠条横纹试件经历弹性变形和弱强化两个阶段,顺纹试件经历弹性变形和压溃两个阶段。对柠条横纹试件动态屈服点后的应力-应变特性曲线,采用修正后的Johnson-Cook(J-C)本构模型进行拟合,获得良好的拟合度。     

钢管再生混凝土柱-钢梁框架边节点恢复力模型研究

通过对2个矩形钢管再生混凝土柱-工字型钢梁框架边节点在低周反复荷载下进行的拟静力试验,分析了不同再生骨料取代率对节点抗震性能的影响,建立了该种类型节点的恢复力模型。研究结果表明,该类型节点滞回曲线饱满,拥有较好的抗震性能;不同再生骨料取代率对试件特征点的荷载影响不大,说明再生骨料取代率对节点抗震性能影响较小;建立的恢复力模型骨架曲线和滞回曲线与试验实测的具有较高的吻合度,可供矩形钢管再生混凝土柱-工字型钢梁框架结构的弹塑性地震反应分析参考;矩形钢管再生混凝土柱-工字型钢梁框架边节点具有良好的抗震性能,可以在高烈度抗震设防区域中的高层建筑中推广使用。     

方钢管混凝土轴压短柱承载力非线性有限元分析

采用大型通用有限元分析程序ABAQUS进行了方钢管混凝土轴压短柱力学性能模拟,分析了各个阶段构件的承载能力。结果表明:有限元计算的极限荷载和荷载-平均纵向应变曲线与试验结果符合较好,说明网格划分、边界条件、材料本构关系的选取基本正确,适用于钢管混凝土短柱的非线性分析。     

重组竹顺纹力学性能的代表性体积单位模型

重组竹的宏观力学性能与其微观组成材料性能息息相关，重组竹微观力学仿真模型是研究重组竹宏观力学性能的重要手段。通过重组竹顺纹拉压试验，得到重组竹的力学性能；利用电子显微镜拍摄单个纤维的微观形貌，计算出单个纤维的底面积；使用体式显微镜观察试件中纤维个数，从而计算纤维所占重组竹的体积比；根据混合定律计算纤维与基体的材料参数。采用微观力学理论建立纤维均匀分布和随机分布的重组竹代表性体积单位(RVE)模型，并探究不同纤维与基体组分材料参数、纤维体积比对代表性体积单元力学性能的影响。研究结果表明：重组竹RVE模型顺纹抗拉应力-应变曲线与试验结果比较吻合，顺纹抗压应力-应变曲线与试验结果有些差异，纤维体积分数、纤维弹性模量对顺纹弹性模量影响较大，纤维排列方式、基体弹性模量对顺纹弹性模量影响较小。     

加氢反应器裙座支撑结构的有限元分析

加氢反应器裙座支撑结构部位的机械应力和温差应力均较大,应力状况较为恶劣。对加氢反应器裙座支撑局部结构进行了温度场分析,采用间接分析法将所得温度场施加到结构上进行热应力分析。根据不同温度点的单向拉伸试验得到材料在各温度点下的应力一应变曲线,采用线弹性和弹塑性两种材料本构分别对加氢反应器裙座支撑结构进行有限元计算。将计算结果进行对比分析,表明弹塑性有限元计算结果更加精确。此外,根据ASMEVIII-22007关于两种方法的失效评定内容对该结构局部失效的可能性进行了评定计算。对比研究表明,基于线弹性有限元计算结果虽可用于工程设计,但其最大应力部位与实际情况并不一致,因此分析设计计算方法仍有改进的空间。（图6,表1,参10）     

钢管混凝土哑铃形梁有限元分析

研究了腹腔内灌注混凝土的传统哑铃形截面梁和腹腔内不灌混凝土而以H型钢加劲的新型哑铃形截面梁,应用Fortran语言编制了有限元程序US-CFSTA,对这2种钢管混凝土哑铃形梁均进行了有限元分析。哑铃形截面主要是上、下2个圆钢管混凝土受力,且其受力性能与单根钢管混凝土圆管相似,上下圆管内混凝土的应力-应变关系采用考虑套箍作用的单圆管内混凝土本构关系;腹腔内的混凝土受钢管紧箍力作用的影响很小,其应力-应变关系可按普通混凝土考虑。研究表明,有限元程序US-CFSTA比通用有限元软件ANSYS更适合模拟钢管混凝土哑铃形梁的受力全过程,其结果与试验曲线吻合更好。