混凝土动态力学性能数值模拟研究

数值模拟是研究混凝土动态力学性能主要手段之一。编写二维混凝土多边形粗骨料随机分布程序,利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA对直径74mm、高70mm混凝土在不同冲击速度下的动态响应进行模拟,分析冲击速度、粗骨料最大粒径、最小粒径和体积含量对多边形粗骨料混凝土动态特性影响,考察多边形粗骨料混凝土动态破坏模式。数值模拟表明:混凝土表现出明显的率敏感性;随着粗骨料颗粒最小粒径增大,多边形粗骨料混凝土峰值应力逐渐减小;随着粗骨料颗粒最大粒径增大,多边形粗骨料混凝土峰值应力呈现先增大后减小趋势;当粗骨料体积含量小于40%时,随着粗骨料体积含量增加,多边形粗骨料混凝土峰值应力逐渐增大,当粗骨料体积含量大于40%时,随着粗骨料体积含量增加,多边形粗骨料混凝土峰值应力逐渐减小。     

型钢混凝土受拉柱恢复力计算模型试验研究∗

为研究型钢混凝土构件在偏心受拉作用下的抗震性能,以剪跨比、轴拉比以及偏心距为主要设计参数,对7根型钢混凝土受拉柱进行了低周反复试验中观察了试件的受力过程和破坏形态,得到滞回曲线以及骨架曲线等。通过理论推导和回归分析,提出了各特征点的计算公式。在此基础上,结合受拉柱的滞回特性,给出卸载刚度计算公式以及相应的滞回规则,并建立了型钢混凝土受拉柱四折线恢复力模型。结果表明:通过试验骨架曲线和计算骨架曲线的对比,二者结果吻合较好,能够较为全面地反映构件的受力性能,建议的四折线恢复力模型较为合理,可用于型钢混凝土受拉柱抗震性能的评估。     

基于细观模拟的轻骨料混凝土破坏行为及尺寸效应研究∗

轻骨料混凝土由于其轻质高强及保温隔热性能好等优点,越来越多被应用于实际工程结构。从细观角度出发,将混凝土材料看作由骨料颗粒、砂浆基质及界面过渡区组成的三相复合材料,建立了考虑混凝土材料非均质性影响的二维细观数值分析模型,模拟研究了轻骨料混凝土与普通混凝土压缩和劈拉破坏行为及尺寸效应的异同,并揭示两者破坏机理。结果表明:轻骨料混凝土压缩及劈拉破坏均造成骨料颗粒的断裂,而普通混凝土破坏时骨料很少破坏;轻骨料混凝土由于脆性较强,与普通混凝土相比有更加明显的压缩强度尺寸效应现象;轻骨料混凝土与普通混凝土存在相似的劈拉强度尺寸效应现象。     

受火混凝土温度场的试验与数值模拟研究

对火灾下预埋温度传感器的混凝土试件进行高温试验,研究了单面受火和三面受火两种工况下温度在混凝土内部的传播以及分布规律。在试验的基础上采用大型通用软件ANSYS对混凝土试件内部的温度场进行了数值模拟,数值模拟结果与试验结果吻合较好。结果表明:混凝土单面受火或三面受火时,同时间下不同截面高度处的温度值不同,说明温度沿截面高度的传递存在时差;在两种受火工况下,当混凝土内部温度达到100℃时会出现温度平台,试件表面会伴随出现潮湿现象;两种受火工况下混凝土内部的温度随时间的增长规律类似,但是距受火面相同高度处的温度值不同。     

复杂应力条件下地基岩石细观破坏研究

为了研究复杂应力条件下的深基坑岩石细观破坏问题,本构方程采用由应变空间导出的弹塑性损伤细观力学模型,借助有限元计算方法,实现了岩石三维破裂过程的数值模拟。采用细观破坏单元网格消去法,实现了有限元模拟裂纹扩展过程;利用位移加载来实现岩石逐渐破裂过程;数值模拟灰岩单轴拉伸及压缩破坏试验、双轴拉伸破坏试验和三轴受压破坏试验,得到其非线性应力—应变曲线和不同载荷阶段弹塑性损伤破裂演化系列图像;分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响。研究表明,在复杂应力条件下,随着围压增大,峰值抗压强度明显提高,塑性变形明显增大。本文研究对深基坑施工过程中预防工程事故的发生具有借鉴意义。     

基于细观尺度的岩体开挖渐进破坏模拟研究

岩土渐进式地质灾害是当前岩土工程领域的重要研究课题。基于颗粒离散元法导出颗粒连接损伤模型,建立岩石细观离散模型,进行不同颗粒参数条件下的岩石单轴受压数值模拟。结果表明,岩石细观颗粒间相互黏结力是影响颗粒黏结破坏的主要因素;颗粒间摩擦系数是影响宏观强度的敏感参数,单轴受压试验形成接近45°剪切带,数值模拟与试验结果较好吻合,验证了该模型的合理性。建立岩体开挖细观离散模型,模拟不同地层条件下的开挖过程,对比分析了开挖未支护和支护情况下检测点的沉降差异。研究发现,未支护支撑下,深层开挖时,检测点的位移沉降较浅层开挖时明显;支护可以有效降低围岩变形,防止拉应力产生。本文从细观上揭示岩体开挖条件下渐进式破坏过程形成机制,为更深入研究岩土力学特性和滑动断裂的形成与发展等渐进破坏过程提供了理论和技术支撑。     

基于PFC2D数值模拟座滑危岩破坏过程研究

发育在软硬互层结构上的危岩是一种多介质复合结构岩体,呈现出非均质危岩体的各项异性,比单一岩性在荷载作用下的受力、变形、破坏特征要复杂。利用颗粒流离散元方法进行数值模拟是研究该类危岩破坏问题的良好途径。基于PFC2D软件,对长江巫峡望霞W2危岩颗粒物质动力响应和危岩失稳过程进行了研究。结果显示,在上部重力荷载与下部软弱基座强度参数劣化的共同作用下,危岩体沿岩体底部软弱结构面锁固段发生破碎挤出。获取的位移参数表明,危岩体顶部和底部较大的速度差异可使危岩体呈后倾座滑破坏。模拟结果与实际监测数据结果吻合,验证了该方法对含软弱基座危岩破坏预测的科学性与合理性。     

不同应力路径下岩石破坏面细观形貌研究

以大理岩为研究对象,进行三轴卸荷试验及破裂面粗糙度扫描试验,并借助PFC~(3D)颗粒流软件对试样最终破裂面进行提取与重建,研究了粗糙度参数的变化与试样破坏过程及机理之间的关联,得到的主要结论有:加荷路径下S_a随着围压的增加呈递减趋势且两者呈线性关系,高围压条件下岩样破坏面高度分布的对称性好于低围压条件下;卸荷路径下S_a与S_(ku)可以较好的描述破坏面形貌的分布特性,S_(sk)随卸荷速率的增加变化规律不明显,破裂面的粗糙程度受卸荷速率与卸荷初始围压的共同影响;卸荷试验中试样内部的损伤不再是一个逐步累积的过程,而是瞬时劣化失去承载能力。     

随机介质理论下隧道围岩渐进破坏过程数值实验研究

将强度折减法引入到隧道围岩安全评价中,结合"浅埋暗挖快速施工双线小间距隧道、盾构下穿立交结构隧道和结构面含有节理、不规则裂隙的山体公路隧道"等工程实例,借助材料真实破坏分析软件RFPA-2D,建立每个强度折减系数下的有限元模型。模型采用了黏弹性人工边界来消除边界条件对计算精度的影响,并借助随机介质理论实现了围岩细观结构单元的非均值性和随机分布的缺陷,揭示了不同工况下隧道围岩的动态渐进破坏过程、基元相变损伤演变机理和岩体结构面破坏特征,认为隧道围岩的宏观破坏是由岩体非线性材料细观单元的非均值性造成的,计算结果借助不同折减步中裂纹发展趋势和单元破坏的数量判断隧道围岩是否失稳破坏,并计算出具有安全储备意义上的安全系数。同时,结合ABAQUS和RFPA-2D两种不同有限元模型,对比分析了随机介质理论和连续介质理论结合强度折减法在隧道围岩稳定性评价中的差异。     

硫酸盐侵蚀作用下混凝土细观破损机理研究

侵蚀环境下混凝土材料的内部孔隙空间分布特征与演化规律是材料破损机理及宏观力学性能研究的关键问题。采用X射线断层扫描技术(CT)对硫酸盐侵蚀与干湿循环耦合作用下混凝土的细观损伤过程进行实时扫描,在此基础上,结合图像处理与三维重构技术开展了混凝土内部孔隙结构的空间分布特征与演化规律研究,并通过提出的孔隙分区的方法深入研究了材料细观破损特征和机理。结果表明:宏观上试样质量、抗压强度均呈现规律性变化,溶液中钙镁离子浓度有明显的累积性趋势;细观上试样孔隙率随侵蚀时间的增加呈先减小后增大的变化,单轴抗压强度与孔隙率大体上呈负相关关系。同时,混凝土试样不同分区内孔隙率演化规律各不相同,但总体呈现先减小后增大的趋势,侵蚀作用深度随侵蚀时间不断增长。结论可为深入研究硫酸盐侵蚀下混凝土材料细观破损机理提供依据。     

硫酸盐侵蚀作用下混凝土细观破损机理研究

随着智能配电网的建设,FTU的调试与消缺工作逐渐增多,对配电网自动化的日常运维.带来了严重的负担,对此,研制出了1套多功能接口模拟断路器进行工作流程优化,并通过标准化和现场测试进行效果检验。检验结果表明该装置能够大幅提高FTU相关工作效率,优化.FTU相关作业流程;减少高处作业时间,保证作业人员安全;减少作业停电时间和停电范围,保证了供电可靠性。     

滑坡动态变形过程的综合研究方法

影响滑坡变形破坏过程的因素具有复杂性和多变性,要合理评价和预测滑坡的动态发展过程,深入的地质原型调查是基础,地质分析不仅能为其它分析方法的正确使用提供资料,而且能直接对滑坡的变形破坏发展过程作出定性的判断。在此基础上建立力学模型,采用数学力学理论进行定量计算和反演分析,可进一步从本质上去把握滑坡变形破坏的发展规律。本文通过介绍李家峡水电站Ⅱ号滑坡的研究实践,说明了采用定性地质分析与定量力学计算相结合的研究方法揭示滑坡变形破坏动态过程的有效性。     

不同倾角地裂缝作用下房屋建筑物破坏过程的数值分析

我国的地裂缝分布十分广泛。在快速发展的城镇化进程中,地裂缝严重影响着国家建设和人居安全。根据大量的地裂缝灾害调查,在广袤的农村,地裂缝的主要危害在于其引起的房屋建筑物的破坏。地裂缝的运动过程是缓慢的,成灾过程是渐进的,随着时间的推移,房屋建筑物的破坏程度逐渐加大。基于颗粒流数值计算方法,对不同倾角地裂缝作用下房屋建筑物破坏过程进行了细观数值分析,这为总结地裂缝对建筑物的成灾机理提供了数值基础,也为工程的灾害预防提供了新的参考。     

基于混凝土细观结构的钢筋混凝土结构耐久性分析

根据观测水平的不同,混凝土的数值分析尺度通常分为宏观、细观和微观三个层次。由于混凝土各相组成材料孔隙结构的差异性,特别是荷载作用下裂缝和微裂缝的出现,进一步增加了混凝土材料的非均匀性,因此采用基于宏观均质假定的分析方法将无法模拟材料的内部结构。在细观层次上,混凝土看作由硬化水泥浆体、骨料及其界面黏结带组成的三相复合材料。基于混凝土的细观结构,本文提出了适用于物质扩散的细观格构网络模型。该模型运用Voronoi技术划分网格的随机性特点,在网络模型中随机产生裂缝的位置及方向,采用不同类型单元来描述混凝土各相组成材料的扩散性能。通过对开裂混凝土内氯离子扩散过程的数值分析表明,基于混凝土细观结构的数值分析方法是开展钢筋混凝土结构耐久性分析的有效手段。     

岩土破坏过程声发射特征的实验研究

通过对重庆黄泥包滑坡处采集的岩土试样进行单轴压缩和拉伸实验,测试了岩土破坏过程的声发射信号,得出了岩土破坏过程声发射的基本特征:在单轴压缩实验中,声发射能量信号随着压力的增加呈现连续增加的趋势,在主破裂时刻有较强声发射能量信号产生;在蠕变实验中,AE在压力上升阶段信号增强,在恒定压力下,AE信号有所减弱,整体趋势较为平缓;在拉伸实验中,岩土的破坏方式呈主震型和群震型;AE信号能够反映岩土受载过程;岩土的抗压强度与声发射能量最大值呈正相关性;加载速率越大,声发射能量最大值也越大。     

预应力轴心受拉钢构件抗火性能研究(Ⅲ):实用设计方法

为研究预应力轴心受拉钢构件的抗火性能,利用传热学原理对火灾下预应力轴心受拉钢构件的温度分布进行了理论分析,得出了任意爆火时刻预应力索温度的差分计算式。分析表明:火灾下拉索升温随拉索的等效直径增加而降低,随预应力钢管的温度升高而升高。利用索温度的差分计算式以及抗火设计基本思路,推导出预应力轴心受拉钢构件临界温度的简化计算方法,并采用试验研究、有限元方法对计算方法进行了验证。该计算方法表明构件的临界温度随着约束刚度比的增加而升高,随着荷载比的增加而降低。     

岩体爆破破坏效应颗粒流数值模拟验证研究

采用颗粒流方法对岩体爆炸破岩过程进行数值模拟,将集中药包作用下的爆炸球面波等效为三角形波脉冲,根据颗粒离散元原理建立了点膨胀加载法和动边界处理法,结合动三轴试验标定的细观力学参数,建立了颗粒离散元爆炸应力波传播分析模型。利用数值模拟进行了爆破破岩机理分析,探讨了不同埋深、炸点膨胀比、炮孔压力对爆破效果的影响,给出了数值模拟时合适的炸点膨胀比与峰值压力取值范围,并根据爆破工程实践对爆破漏斗效应、微差爆破效应进行了验证。研究方法简单可靠,可反映岩体爆炸应力波传播规律,动态表征岩体的破坏过程,有助于进一步加深对工程爆破效应的认识。     

不同受火方式下混凝土框架结构的变形研究

针对单层框架和三层框架,通过高温数值分析,初步考察了不同受火方式下结构的变形特征。研究发现:①火灾蔓延对结构高温变形影响较大,此时节点的水平位移总体上小于结构全层/全部受火时的相应结果;②受火区间仅对相邻跨或相邻层有一定影响,而对隔跨或隔层影响相对较小;③非对称局部受火情况下,单层框架边节点的水平位移可能比全层受火时更大。     

地基液化导致沉箱码头破坏及地基加固方法的非线性数值分析

地震作用引发的地基液化,往往导致沉箱基础的破坏。本文基于Biot两相饱和多孔介质动力耦合理论,采用FE-FD耦合数值分析方法,对液化海床沉箱基础的地震反应进行非线性有效应力分析。在数值分析过程中,建立了以土骨架位移和超静孔隙水压力表达的us-pw动力固结方程和循环弹塑性本构模型,该方法能够很好地模拟地震作用下沉箱码头的动力特性及液化破坏的影响。通过数值模拟计算,分析了采用碎石桩进行置换砂区域的防液化加固方法,并就碎石桩处理区域的选择提出了建议。     

硫酸盐与冻融环境下混凝土损伤破坏准则研究

为了有效评估硫酸盐与冻融环境下混凝土力学性能,通过试验研究了硫酸盐侵蚀与冻融循环共同作用下的混凝土力学性能退化规律,并基于连续损伤力学理论和Ottosen四参数破坏准则,建立了考虑冻融循环次数的混凝土损伤破坏准则。结果表明:随着冻融循环次数增加,混凝土峰值应力、弹性模量不断下降,峰值应变逐渐增加,混凝土拉压子午线逐渐向静水压力轴移动,劣化混凝土破坏面随损伤增加逐渐收缩,混凝土抗裂性能降低。硫酸盐溶液种类对混凝土拉压子午线影响明显,在相同冻融循环时间内,硫酸镁溶液中混凝土拉压子午线收缩程度更加明显,说明硫酸镁溶液中混凝土劣化损伤更严重。