反复荷载作用下的混凝土损伤本构模型

合集下载

混凝土cdp本构

混凝土cdp本构

混凝土cdp本构

混凝土是一种常见的建筑材料,具有良好的强度和耐久性。在设计和分析混凝土结构时,混凝土的本构模型是非常重要的。本文将介绍混凝土的本构模型之一——混凝土弹塑性本构模型(Concrete

Damaged Plasticity Model,简称CDP)。

一、混凝土弹塑性本构模型的基本原理

混凝土弹塑性本构模型是基于弹塑性力学理论开发的一种模型,用于描述混凝土在受力过程中的弹性和塑性行为。该模型考虑了混凝土的弹性、损伤和塑性三个阶段,并能够准确地模拟混凝土在不同受力状态下的力学行为。

混凝土的弹性本构行为可以通过胡克定律来描述,即应力与应变之间的线性关系。而混凝土的塑性本构行为则需要引入一些额外的参数来描述,如损伤变量、塑性应变等。

二、混凝土弹塑性本构模型的特点

1. 考虑非线性行为:混凝土在受力过程中会出现非线性行为,如应力-应变曲线的非线性、弹塑性转变等。CDP模型能够准确地描述这些非线性行为。

2. 考虑损伤效应:混凝土在受力过程中会发生损伤,即出现裂缝或破坏。CDP模型通过引入损伤变量来描述混凝土的损伤过程,并能够准确地模拟混凝土的裂缝扩展和破坏。

3. 考虑三轴应力状态:混凝土在实际工程中往往会受到多向应力的作用,如拉压、剪切等。CDP模型考虑了三轴应力状态下混凝土的力学行为,能够准确地模拟混凝土在不同应力状态下的响应。

4. 考虑温度效应:混凝土在受力过程中的温度变化也会对其力学性能产生影响。CDP模型可以考虑温度效应,并通过引入温度参数来描述混凝土的热力学行为。

三、混凝土弹塑性本构模型的应用

混凝土弹塑性本构模型在工程实践中应用广泛,特别是在大型混凝土结构的设计和分析中起到了重要的作用。例如,在水坝工程中,为了准确地评估混凝土坝体的稳定性和安全性,需要使用CDP模型来模拟混凝土在洪水冲击和地震作用下的力学行为。

在桥梁、隧道、建筑物等混凝土结构的设计中,CDP模型也可以用于预测混凝土的变形和破坏,从而指导结构的设计和施工。

基于RHT本构模型的钢渣混凝土SHPB模拟研究

基于RHT本构模型的钢渣混凝土SHPB模拟研究

试验研究Experimental Research

33总174期 2023.12 混凝土世界引言

混凝土是一种广泛应用于工程结构中的复合材料,

其在动态荷载作用下的力学性能与静态荷载作用下的力

学性能有显著差异,因此研究混凝土的动态本构关系对

于理解和预测混凝土结构在冲击、爆炸等极端条件下

的响应和破坏具有重要意义。为描述混凝土在高应变率

下的非线性、各向异性、损伤和孔隙压实等特征,许多

学者提出了不同的动态本构模型,如HJC模型、RHT模

型、TCK模型等。其中,RHT模型是由Riedel、Hiermaier和

Thoma提出的一种基于损伤力学和孔隙压实理论的混凝土本构模型,其具有形式简单、参数少、适用范围广等

优点[1]。钢渣是一种由高炉冶炼铁或转炉精炼钢时产生

的副产品,其主要成分为氧化铁、氧化硅、氧化铝、氧化

钙等[2],具有良好的物理力学性能和耐久性能,可作为混

凝土中骨料或水泥的替代材料使用,从而提高混凝土的

强度、耐久性和抗渗性,实现钢渣的资源化利用,减少环

境污染[3-6]。然而,目前对钢渣混凝土在动态荷载作用下

的力学性能和本构关系的研究还较少,尚缺乏适用于钢

渣混凝土的RHT动态本构模型。

因此,本文首先通过力学试验获得不同掺量钢渣混

凝土的静态力学性能参数,包括轴心抗压强度、弹性模

收稿日期:2023-9-13第一作者:常银会,1997年生,硕士,主要从事固废混凝土的研究与应用相关工作,E-mail:****************项目信息:宁夏回族自治区重点研发计划“煤电与冶金多固废协同高效制备绿色高性能混凝土关键技术与规模化应用”(2022BDE02002)基于RHT本构模型的钢渣混凝土SHPB模拟研究

常银会 楚京军 侯 荣 刘亚娟 宁夏赛马科进混凝土有限公司 宁夏 银川 750000

摘 要:本文采用试验和数值模拟相结合的方法,对钢渣混凝土的静力学性能和冲击动力学性能展开研究。在试验部分,制备了四种不同钢渣掺量(0%、25%、35%、45%)的混凝土试件,并对其抗压强度和抗拉强度进行测试。在数值模拟部分,建立钢渣混凝土的三维有限元模型,采用了RHT本构模型来描述混凝土的非线性本构关系,模拟不同钢渣掺量下混凝土的SHPB冲击动力学响应。结果表明:钢渣掺量的增加会导致混凝土的静力学性能和冲击动力学性能均呈下降趋势;当钢渣掺量为25%时,混凝土的冲击状态和参数与钢渣掺量为0%时的混凝土最相近,具有较高的抗冲击能力;当钢渣掺量为45%时,混凝土的冲击峰值应力最低,表现出完全损伤的特征。关键词:钢渣混凝土;RHT本构模型;冲击模型;数值分析

混凝土损伤本构理论研究综述

混凝土损伤本构理论研究综述

混凝土损伤本构理论研究综述

何建涛;马怀发;陈厚群

【摘 要】首先论述混凝土本构模型研究的重要性,并说明损伤力学理论较适于构建混凝土本构模型;然后对损伤变量的定义、损伤演化方程的确定、损伤本构模型的建立以及如何考虑不可恢复变形与率效应进行较为详细的论述;最后就混凝土损伤本构模型的发展方向提出了看法.

【期刊名称】《水利水电科技进展》

【年(卷),期】2010(030)003

【总页数】6页(P89-94)

【关键词】混凝土本构模型;损伤力学;率效应;综述

【作 者】何建涛;马怀发;陈厚群

【作者单位】中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心,北京,100048;中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心,北京,100048;中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心,北京,100048

【正文语种】中 文

【中图分类】TV431

混凝土由于具有抗压强度高、耐久性好、适应性强、能够和钢筋较好地共同工作等优点,在很多领域得到了广泛应用。混凝土的力学性能受很多因素影响,非常复杂,目前主要采用试验和数值模拟2种方法进行研究。在数值模拟方法中,有限元法由于其适用性强而最为常用。然而,在采用有限元法研究混凝土结构的力学性能时,不可避免地会遇到一个问题,即如何构造合理的混凝土本构模型和相应的破坏准则。

目前,混凝土本构模型的研究主要采用弹性力学理论、塑性力学理论、内蕴时间理论、断裂力学理论、损伤力学理论以及上述理论的组合[1-3]。混凝土材料的性能在很大程度上取决于其内部微裂缝。在荷载作用下,混凝土内部的微裂缝会扩展和汇合,最后形成宏观裂缝,导致强度、刚度等性能的劣化甚至材料的破坏,即材料发生损伤。而损伤力学正是研究材料损伤的物理过程及其对材料行为影响的一门固体力学分支学科。根据特征尺度和研究方法,损伤理论分为微观、细观和宏观损伤理论[4]。其中,微观、细观损伤理论的研究虽已取得一定进展,但要实际应用尚存在相当难度,仍需进一步研究。宏观损伤理论(又称连续损伤力学或唯象损伤力学)假定材料均质、裂缝均布、损伤非局部,基于连续介质力学和不可逆热力学,在本构模型中引入损伤变量表征微观缺陷对材料宏观力学性质的影响,构造带有损伤变量的本构模型和损伤演化方程来真实地描述受损材料的宏观力学行为,通过试验拟合有关材料参数。由于微观、细观损伤理论是从微、细结构层次上研究损伤的形态和演化,而宏观损伤理论模拟的是材料微观、细观损伤的宏观响应,因此宏观损伤理论更容易被关心实际应用的工程人员所接受。

超高性能混凝土(UHPC)动态损伤机理综述

超高性能混凝土(UHPC)动态损伤机理综述

2021 No.4

April2021年第4期

4月混凝土与水泥制品

CHINA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS

超高性能混凝土 (UHPC冤动态损伤机理综述

吴永魁,姚一鸣

(东南大学土木工程学院

,江苏南京210000)

摘要:

总结分析了超高性能混凝土(UHPC)现有研究成果,综述了其超高性能机理、单调拉伸和循环荷载下

的本构关系、低周期疲劳状态下的损伤过程及微观损伤机理等,并对未来的研究方向提出了建议。

关键词:

超高性能混凝土;协同效应;本构关系;微观机理

中图分类号:TU528.31 文献标识码:A doi:10.19761/j.1000-4637.2021.04.001.06

Review of Dynamic Damage Mechanism of Ultra-high Performance Concrete

WU Yong-kui, YA O Yi-ming

(School of Civil Engineering, Southeast University, Nanjing 210000, China)

Abstract: Based on the summary and analysis of the research works of UHPC, the ultra -high performance

mechanism of UHPC, the constitutive relation under monotone tensile and cyclic loads, the damage process under low

cycle fatigue and the microscopic damage mechanism were summarized. Some suggestions for the future research direction

were also provided.

钢筋混凝土拱结构破坏过程中损伤场的分布与演化

钢筋混凝土拱结构破坏过程中损伤场的分布与演化

第22卷第3期 2006年9月 长沙交通学院学报 J0I NAI,OF CHANGSHA COMMUNICATIONS UNIVERSITY V01.22 No.3 Sep. 2006 

文章编号:1000—9779(2006)03—0030—05 

钢筋混凝土拱结构破坏过程中损伤场 

的分布与演化 

周雁群,唐雪松 

(长沙理工大学桥梁与结构工程学院,湖南长沙410076) 

摘要:采用损伤力学理论,研究了钢筋混凝土拱结构静荷载作用下损伤破坏的过程。混凝 

土材料是一种拟弹脆性材料,其损伤破坏过程可近似看成是弹性损伤问题。基于弹性损伤普 遍理论,取其3阶近似形式,得到一个含有4个独立参数的损伤本构模型。在该损伤本构模 

型中,引入了一个拉压修正系数,用于描述混凝土材料在受拉与受压状态下损伤行为的不同。 

对一实桥中钢筋混凝土拱肋的损伤破坏过程进行了数值模拟计算,理论结果与试验结果相一 

致,说明本方法可较好地描述钢筋混凝土拱结构的损伤与破坏行为。 

关键词:桥梁;钢筋混凝土;拱;损伤力学;有限元 

中图分类号:U441 文献标识码:A 

混凝土是一种非均匀准脆性材料,具有非常复杂的微观结构,其内分布有大量的微裂纹与微孔洞, 

材料内部存在的这些分布缺陷统称为损伤。试验发现:在较大荷载下,钢筋混凝土中这些微缺陷不断扩 

展与汇集,直至形成具有一定尺寸的多个宏观主裂纹。当荷载进一步增加,宏观主裂纹的汇集与扩展最 

终导致构件断裂。在临近破坏阶段,整个结构呈明显的非线性特性。这种非线性行为主要是由于混凝 

土材料的损伤演化所致。 

采用损伤力学理论,关键问题是要建立混凝土材料的损伤本构模型[】工】。Dougill最早(1976年)将 

损伤力学概念用于混凝土材料的损伤问题。随后,Loland等人采用应变等效原理 】,建立了混凝土材料 

的单轴各向同性损伤模型,具有较大影响。在以往的研究工作中,通常采用基于应变等效假设的经典损 

伤理论,通过有效应力代替Cauchy应力,由无损材料的本构关系得到材料损伤后的本构关系。唐雪松 

CRTS Ⅲ型板式无砟轨道自密实混凝土疲劳损伤初探

CRTS Ⅲ型板式无砟轨道自密实混凝土疲劳损伤初探

1O2 铁道建筑 Railway Engineering 

文章编号:1003—1995(2013)10—0102・04 

CRTS—II1型板式无砟轨道自密实混凝土疲劳损伤初探 

柳 恒 ,何 林 ,杨荣山 

(1.西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室,四川成都610031; 2.西南交通大学交通运输与物流学院,四川成都610031) 

摘要:主要讨论CRTS 11I型板式无砟轨道自密实混凝土调整层在反复荷载作用下的疲劳损伤特性,根据 

自密实混凝土损伤本构关系,分析了自密实混凝土疲劳损伤演变过程和几种疲劳寿命s一Ⅳ曲线。在反 复荷载作用下,由于自密实混凝土某些区域存在交变应力或复杂应力区域而容易发生疲劳损伤,最后计 算并验证了其疲劳损伤主要集中在自密实混凝土自身微缺陷处和调整层端部边缘处。 关键词:无砟轨道 自密实混凝土 本构关系 疲劳 非线性累积损伤 

中图分类号:U213.2 44 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1003—1995.2013.10.32 

CRTSⅢ板式无砟轨道采用自密实混凝土调整层, 

在国内无砟轨道线路上已经取得了显著的技术经济效 

益。根据高速铁路无砟轨道设计要求,轨道结构要具 有良好的结构耐久性和少维修性。重复的列车荷载作 

用在轨道结构上,会对自密实混凝土造成损伤并且日 

益累积。当荷载作用次数达到疲劳裂纹扩展门槛 值¨ 时,自密实混凝土填充层会在远小于设计强度应 

力的作用下,产生局部应变或疲劳累积损伤,裂纹扩展 

加剧。 混凝土损伤本构关系的研究已有半个多世纪的历 

程。其中典型的损伤本构模型 主要有:Loland弹性 

损伤模型、Mazars指数损伤模型和Sidoroff损伤模型, 

这类模型侧重于混凝土弹性静力损伤的演变过程。Ju J w基于Helmhohz自有能原理建立了弹塑性损伤本 

构模型 ,可以分析塑性对损伤的影响。由于混凝土 

损伤的研究方法多样,理论上也尚未统一,选择合理的 

往复荷载作用下的钢管混凝土柱耗能和塑性变形性能

往复荷载作用下的钢管混凝土柱耗能和塑性变形性能

王莘笛;王多银;张延奎

【摘 要】以果园港二期工程桩基为原型,对钢管混凝土柱进行低周反复加载试验.基于ABAQUS有限元软件,以不同的核心混凝土配筋率、 混凝土强度为参数进行分析.结果表明,钢管混凝土柱的钢管在柱底位置易发生屈曲变形甚至屈鼓;钢管混凝土结构中钢管的厚度增加,使钢管混凝土结构的塑性变形能力增强,具有承载能力高、

延性良好等优点;配筋率的增加增强了钢管混凝土柱模型的塑性变形和耗能性能;而混凝土强度的增加对钢管混凝土柱塑性变形和耗能性能影响比较有限.

【期刊名称】《水运工程》

【年(卷),期】2019(000)006

【总页数】6页(P52-57)

【关键词】钢管混凝土柱;ABAQUS;配筋率;塑性变形;耗能性

【作 者】王莘笛;王多银;张延奎

【作者单位】重庆交通大学 河海学院, 重庆400074;重庆交通大学 河海学院, 重庆400074;重庆交通大学 河海学院, 重庆400074

【正文语种】中 文

【中图分类】TU528;U654

在三峡水库成功蓄水后,库区内水位呈现出高水位历时长、低水位历时短的特点,导致传统架空直立式码头在工作时易受到更复杂多变的水压力,以及施工、使用和水文条件的变化,使其已不适应建设发展的需要。因此,为适应三峡蓄水成库后新的水文环境及地质条件,重庆果园集装箱码头、万州港新田集装箱码头等架空直立式码头开始广泛应用大尺寸钢管混凝土、空心钢横撑和钢管-钢筋混凝土(reinforced

concrete-filled steel tube,RCFST)组合的混凝土构件[1-2]。

目前,国内关于钢管混凝土柱的试验及数值模拟的研究[3-6]表明,钢管混凝土组合材料的刚度对其承载性能、变形以及耗能性能的影响较显著,而钢管混凝土柱组合材料的刚度主要受钢管的厚度及屈服强度、混凝土强度、配筋率的影响。因此,本文以果园二期桩基为原型,进行低周反复加载试验,然后借助有限元分析软件ABAQUS分析计算,根据不同参数的构件结构,研究配筋率和混凝土强度对钢管混凝土柱性能的影响。

混凝土结构的疲劳性能研究与应用

混凝土结构的疲劳性能研究与应用

疲劳是指材料或结构在经历了反复加载或循环载荷后出现的失效现象。对于混凝土结构而言,疲劳破坏可能会导致结构的塌陷、裂缝的扩展以及结构整体的强度下降。因此,研究混凝土结构的疲劳性能,对于确保结构的安全运行和延长其使用寿命具有重要意义。

一、混凝土疲劳损伤机理

在研究混凝土结构的疲劳性能之前,我们需要先了解混凝土材料的疲劳损伤机理。常见的混凝土疲劳损伤机理包括裂缝的形成与扩展、材料的强度下降等。

在循环荷载作用下,混凝土中的微裂缝会逐渐扩展,导致结构的强度下降。此外,混凝土中的骨料与胶凝材料之间的界面也容易出现剥离与剪切破坏,进一步加剧结构的损伤。疲劳损伤还会引起混凝土的蠕变效应加剧,使得结构承载能力降低。

二、混凝土疲劳性能研究方法

为了评估混凝土结构的疲劳性能,研究人员通常采用以下方法:

1. 疲劳试验:通过对混凝土试件进行循环加载试验,研究其疲劳寿命和损伤程度。试验结果可以用来确定材料的疲劳强度曲线,为实际工程中的设计提供依据。 2. 数值模拟:通过建立混凝土材料的本构模型,运用数值方法模拟混凝土结构在循环荷载作用下的响应。这种方法可以辅助理论分析,研究结构在不同加载条件下的疲劳性能。

3. 微观分析:通过显微镜观察混凝土试件的微观结构,研究疲劳加载下混凝土中裂缝的形成与扩展机理。微观分析可以揭示混凝土材料的内在损伤过程,为深入理解疲劳性能提供依据。

三、混凝土疲劳性能的应用

混凝土结构的疲劳性能研究对于实际工程的设计、施工和维护具有重要意义。

1. 结构设计:基于混凝土疲劳性能的研究成果,可以为结构设计中的疲劳安全性分析提供依据。通过考虑结构在长期使用过程中可能遇到的疲劳加载情况,可以优化结构设计,提高结构的抗疲劳能力。

2. 施工控制:混凝土结构在施工过程中可能会遇到动态荷载的作用,如混凝土浇筑、振捣过程中的振动等。研究混凝土的疲劳性能可以指导施工中的荷载控制,减少结构在施工过程中的损伤。

板式轨道充填层SCC疲劳损伤本构模型

板式轨道充填层SCC疲劳损伤本构模型

CRTSⅢ型板式无砟轨道结构是我国具有独立知识产权的轨道结构形式,其中的充填层结构采用自密实混凝土材料,CRTSⅢ型板式无砟轨道结构图[1-2]见图1。通过预埋在轨道板下端的门形钢筋,轨道板与充填层连接而形成复合结构,相比CRTSⅠ型、CRTSⅡ型和双块式轨道结构,CRTSⅢ型轨道结构具有设计更合理、造价低、抗裂性能好等优点。实际工程中,高速列车的运行将对轨道结构将产生动荷载作用,动荷载通过钢轨传到轨道板再作用到充填层,因此充填层SCC将长期受到高速列车的动荷载作用,且由于施工质量波动,温度变化造成的轨道板翘曲变形、离缝等原因,充填层SCC存在薄弱部位,荷载作用下不可避免会出现应力集中,对轨道结构的稳定性以及正常运营不利[3]。我国长江以南地区雨季长,工业发达,由于环境污染部分地区还会出现酸雨。无砟轨道结构长期暴露于自然环境中,该结构特殊的“三明治”结构以及混凝土自身的多孔性,造成了环境水对SCC的侵入速率快但蒸发速率慢,因此充填层SCC的工作状态将是长期高含水率或酸雨侵蚀状态。 图1 CRTSⅢ型板式无砟轨道结构图

陈梦成等[4]发现杂散电流和氯离子多因素侵蚀条件下,钢筋混凝土梁疲劳损伤明显增大。破坏时无征兆。李进洲等[5]运用传统应变片的疲劳试验实时测试系统进行预应力混凝土梁的腐蚀疲劳试验,发现锈蚀预应力混凝土梁在疲劳反复荷载作用下构件的中性轴位置基本保持不变,不像非锈蚀试件那样呈现出明显的“三阶段”变化过程。欧阳祥森等[6]研究主筋锈蚀、混凝土碳化等耐久性损伤后钢筋混凝土梁的疲劳性能时,发现试验梁最大跨中挠度随着锈蚀率的增加和疲劳加载次数的增加逐渐增大,试件梁抗弯刚度显著劣化,提出了临界锈蚀率,建立了基于不同钢筋锈蚀率的锈损钢筋混凝土梁分段线性疲劳寿命预测模型。刘晓春等[7]研究了CRTSⅢ型板式无砟轨道在列车疲劳荷载作用下的应力变形分布规律及疲劳损伤发展形态。长期动荷载作用下将导致混凝土材料的服役性能将逐渐降低[8-9],无砟轨道混凝土材料在服役过程中,不仅面临高速行驶列车的长期动荷载作用,还将受到雨水特别是酸性雨水的共同作用,因此CRTSⅢ型板式无砟轨道充填层SCC在复杂服役环境下性能的变化与寿命预测还有待深入研究。

反复荷载下锈蚀钢筋混凝土构件粘结滑移模型

第36卷第3期 2010年6月 四川建筑科学研究 Sichuan Building Science 5 

反复荷载下锈蚀钢筋混凝土构件粘结滑移模型 

陈 静 ,刘西拉 ,黄良斌 

(1.南通大学建筑工程学院,江苏南通226019; 2.上海交通大学土木工程系,上海200240; 3.南通纺织职业技术学院,江苏南通226007) 

摘要:基于已有反复荷载下的粘结滑移模型,考虑锈蚀因素,建立了反复荷载下锈蚀钢筋混凝土构件粘结滑移模型。该模 

型考虑了锈蚀条件下粘结滑移的外包络曲线、钢筋与混凝土之间摩擦系数及粘结应力改变系数的变化,得到锈蚀后反复粘结 滑移模型。将理论所得粘结滑移模型曲线及粘结退化率与一些近年来的实验数据进行比较,结果吻合较好。 关键词:锈蚀;反复荷载;粘结;滑移;模型;混凝土 中图分类号: rU 375.3 文献标识码:A 文章编号:1008—1933(2010)03—005—04 

Bond-slip modeling of corroded reinforced concrete member under cyclic 

loading 

CHEN Jing ,LIU Xila ,HUANG Liangbin 

(1.College of Civil Engineering,Nantong University,Nantong 226019,China; 

2.Department of Civil Engineering,Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200240,China; 3.Nantong Textile Vocational and Technical College,Nantong 226007,China) Abstract:On the base of the former bond-slip model under cyclic loading,according to the corrosion factor,a bond-slip model of 

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
相关文档
最新文档