收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

混凝土损伤本构理论及其在大跨桥梁地震响应分析中的应用研究

邵长江  
【摘要】: 大跨度混凝土桥梁是生命线工程,这些工程在和平时期是经济动脉的咽喉,灾难时期则是救灾物资调运、受灾群众转移的必经之路。因此大跨桥梁在强烈地震作用后的损伤状态,在很大程度上影响到灾后救援的及时性和有效性。在激励于边界条件、结构类型已知的情况下,材料的本构行为是影响结构响应的根本原因。混凝土材料先天性的缺陷和后天特有的力学行为,决定了采用损伤理论分析混凝土材料、构件及结构受力的合理性和适用性。本文的研究目的就是,考察混凝土的损伤机理和损伤本构的理论基础,推导损伤过程的不可逆热力学方程,建立普适的混凝土动力损伤本构模型,并根据自由能等效原理给出结构总体的损伤指标,进而采用上述理论分析大跨桥梁结构的地震损伤行为和损伤状态,从而实现材料、构件及结构三个层次的损伤评估。这种基于损伤理论的地震损伤评估方法,对拟建桥梁设计方案的合理性、既有桥梁的加固维修方案和震后桥梁抢修加固策略的实施均可提供量化指标,是确保大型桥梁结构在地震荷载条件下,安全可靠运营的科学手段,因而具有现实而长远的战略意义。 根据结构地震损伤行为分析的需要,文章开展了以下几个方面的工作: 1.阐述了混凝土的损伤本构关系及桥梁结构地震损伤行为和损伤评估的研究现状,在总结前人研究成果的基础上,根据现有问题的特点,制定了相应的研究方法和技术路线(第一章); 2.阐明了混凝土材料的损伤机理和损伤力学研究方法,探讨了建立损伤力学问题的基本过程,指出损伤力学公理化的理论基础,推导了不可逆热力学的第一第二定律的表达式,进而提出了损伤本构的关键和难点问题(第二章); 3.鉴于混凝土材料的拉压异性、静水压力敏感性效应明显以及非相关流动等特性,采用改进的Drucker-Prager强度理论作为初始屈服面和塑性势函数,选择基于弹性应变能和塑性势的Helmholtz自由能表达式,并根据材料断裂能定义损伤变量,同时用弹性应变能定义损伤准则及损伤的演化方程,在此基础上推导了基于热动力学理论的标量损伤弹塑性统一本构方程(第三章第二及第三节); 4.研究了混凝土的率型动力损伤本构,以线粘弹性考虑阻尼应力的影响,并将阻尼影响耦合到连续切线刚度矩阵中,同时考虑了混凝土的随动强化效应(第三章第四及第五节); 5.给出了基于时间离散的应力、应变及损伤变量等非线性方程的数值表达式,采用适于塑性损伤理论的基于向后Euler法的应力更新算法——两步图形返回的最近投影点法,推导了满足迭代结果收敛假设的塑性参数及算法刚度张量,给出了平面应力和空间梁单元的本构积分算法的Jacobi矩阵。(第四章第二节); 6.开发了基于大型商业软件的平面应力以及三维梁单元的用户材料子程序,编写了基于计算过程和后处理的数据访问接口Fortran程序,并结合已有试验对本文模型进行了验证(第四章第三节); 7.阐述了结构动力损伤有限元分析的基本框架,给出常用单元的Jacobi矩阵,列出弹塑性损伤空间梁单元截面内力的积分形式,进而得到动力学方程,在此基础上对一座大跨混凝土桥梁结构进行地震非线性损伤分析,得到了结构体系在地震作用下的损伤变量演化曲线(第五章); 8.由Gauss积分点损伤变量及应力应变,给出关于单元体积加权的损伤指标,提出了基于自由能等效原理的损伤指标表达式,提供了相应的有限元算法用来确定结构或构件的损伤状态,依据现有损伤评估标准,对结构震后的损伤状况进行评估,研究了设计方案的合理性(第六章); 9.根据本文的理论和试验分析,得出一些建设性的结论,探讨了需要解决的问题和可能的研究方向(第七章)。 通过实际结构的地震损伤分析以及试验结果比较,得出以下结论: 1.损伤公理是损伤力学的理论基础,从公理出发结合物质基本公理、热力学定律及Noll三定律,可以推导出普适的损伤本构模型; 2.损伤变量、损伤势函数和损伤演化方程构成损伤力学问题的三个关键,上述问题的解决意味着损伤问题的基本建立; 3.作者给出的损伤本构、损伤单元能够预测结构的响应行为,说明本文提供的模型是合理的,计算方法是可行的; 4.大跨混凝土桥梁在强震作用下的安全可靠性受到人们的广泛关注,建立先进的理论方法体系,研究预测大跨桥梁这种复杂体系的地震响应,对确保设计方案的合理可行具有指导意义; 5.作为热力学过程,损伤过程是不可逆的,损伤变量是一个非减量,随着受力过程的持续进行,损伤变量不断增大,当该点损伤变量为1.0时,在计算点上发生破坏; 6.文中损伤指标采用关于单元体积的所有积分点损伤变量加权平均,而且由于采用了等效自由能的关系式,具有物理意义明确,可以反映结构损伤的本质,而且模型可以实现材料、构件和结构三个层次的地震损伤评估,对研究大型复杂结构体系地震倒塌机制,具有重要的理论意义; 7.以应变率的形式表示结构的阻尼效应,符合阻尼源于材料粘性及摩擦的物理机制,而且具有严格的物理意义; 8.混凝土的损伤特性研究,尤其是大型结构动力损伤特性的研究,在探明损伤机理,完善和深化理论模型的基础上进行的仿真计算,尚需要大量试验做支撑。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 于雪梅;唐立强;王堃;;内压作用下球形孔洞膨胀损伤力学分析[J];哈尔滨工程大学学报;2010年08期
2 邵长江;钱永久;;混凝土的一种标量损伤弹塑性本构模型[J];计算力学学报;2010年02期
3 李树春;许江;王鸿;唐晓军;车轫;;岩石损伤统计本构模型及其参数确定的研究[J];矿业研究与开发;2007年02期
4 李杰,吴建营;混凝土弹塑性损伤本构模型研究 Ⅰ:基本公式[J];土木工程学报;2005年09期
5 龚囱;曲文峰;行鹏飞;赵奎;;岩石损伤理论研究进展[J];铜业工程;2011年01期
6 刘永胜;王肖钧;马芹永;;负温钢纤维混凝土受压损伤过程的实验研究[J];实验力学;2006年03期
7 刘成学;杨林德;;一种新的岩石损伤软化本构模型[J];水利水运工程学报;2006年03期
8 刘彬;郑山锁;谢明;;适用于型钢混凝土结构的HSHPC损伤本构关系的模拟[J];混凝土;2010年04期
9 邵长江;吴永红;钱永久;;混凝土桥梁结构非线性地震损伤演化[J];中国公路学报;2006年05期
10 邵长江;钱永久;;考虑中间主应力效应的损伤钢管混凝土构件承载力分析[J];应用力学学报;2007年03期
11 秦跃平,孙文标,王磊;岩石损伤力学模型分析[J];岩石力学与工程学报;2003年05期
12 刘建军;;基于混凝土损伤的碳化深度预测模型的设想[J];甘肃科技;2011年15期
13 苟文选;卢智先;张剑英;;用激光衍射谱谱面光强比定义损伤变量D(K)的研究[J];西北工业大学学报;1993年02期
14 徐志斌,谢和平;断裂尺度的分形分布与其损伤演化的关系[J];地质力学学报;2004年03期
15 刘定伟,薛澄岐;UG二次开发接口技术研究[J];机械制造与自动化;2005年01期
16 孙慧翔,虞世鸣,汪雯雍;基于AutoCAD平台的参数化设计的研究[J];现代机械;2005年03期
17 杨萍,韩飞,张淑珍;基于Pro/E二次开发的钣金件设计[J];兰州理工大学学报;2005年04期
18 关健;MapInfo系统功能扩展几例[J];城市勘测;2005年04期
19 刘有余,齐学义,敏政;轴流式转轮叶片水力设计CAD系统[J];水电能源科学;2005年05期
20 吴占阳,侯忠滨,谌祖辉;UG二次开发技术研究[J];现代机械;2005年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 骆笑红;;对现有财务软件进行二次开发,完善单位会计信息化应用[A];中国会计学会第四届全国会计信息化年会论文集(上)[C];2005年
2 侯文彬;胡平;张红哲;;基于动态连接库二次开发中的通用接口技术[A];第六届全国计算机应用联合学术会议论文集[C];2002年
3 贾俊乾;杨国东;王峻宇;;AUTOCAD测量程序的设计与开发[A];2001年东北三省测绘学术与信息交流会论文集[C];2001年
4 张菊香;叶铁钢;;关于采用二次开发方式实现企业计算机辅助档案管理的思考及对策[A];中国档案学会第六次全国档案学术讨论会论文集[C];2002年
5 王彬;廖敦明;陈立亮;罗乃林;李继峰;;铸造工艺CAD浇注系统的研究与开发[A];第八届21省(市、自治区)4市铸造学术年会论文集[C];2006年
6 郭有茂;;SB3DS船体结构快速建模应用技巧及二次开发[A];福建省科协第八届学术年会船舶及海洋工程分会论文集[C];2008年
7 叶红玲;隋允康;倪君杰;;骨骼重建中的连续体结构拓扑优化[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
8 彭志永;;浅谈广西1:20万化探资料二次开发的现实意义[A];第三届广西青年学术年会论文集(自然科学篇)[C];2004年
9 张峰;张桂林;徐涛;潘爱军;张栋;;Microsoft Excel在地学类三角判别图解中的应用[A];青藏高原地质过程与环境灾害效应文集[C];2005年
10 王宣庆;孙中旭;李可丁;;浅谈AutoCAD二次开发Vlisp程序在地下管线探测内业编辑中的应用[A];上海市岩土工程检测中心论文集(1995—2005)[C];1995年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 邵长江;混凝土损伤本构理论及其在大跨桥梁地震响应分析中的应用研究[D];西南交通大学;2007年
2 李祚华;高层钢筋混凝土结构损伤模型及地震损伤描述[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 彭文立;钢管拱肋缆索吊装施工控制及模糊推理系统的应用[D];广西大学;2005年
4 赵颖华;复合材料损伤细观力学分析[D];清华大学;1996年
5 曲卓杰;基于通用软件的水工钢筋混凝土结构程序开发与应用[D];河海大学;2004年
6 董艇舰;基于开放结构数控系统引导型二次开发仿真平台构建研究[D];天津大学;2005年
7 彭奇;基于不变量空间的一般各向同性弹塑性本构积分算法[D];武汉大学;2012年
8 单波;FRP加固钢筋混凝土柱考虑地震及使用损伤的长期性能和修复[D];湖南大学;2006年
9 张伟红;地下水污染预警研究[D];吉林大学;2007年
10 肖志;汽车后碰撞中乘员颈部损伤防护的研究[D];湖南大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邹国红;手持式射频读写器的设计[D];大连理工大学;2006年
2 李延磊;气控式干船坞卧倒门的动力特性分析与参数化设计[D];大连理工大学;2008年
3 杜宏伟;UG二次开发及其在包装容器CAD中的应用[D];四川大学;2001年
4 轩传桃;基于STEP-NC的CAD/CAM集成接口的研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
5 刘斌斌;《水质工程学》多媒体CAI软件的开发[D];北京工业大学;2004年
6 陈酹滔;零部件参数化设计方法研究与系统实现[D];南京理工大学;2004年
7 邱勇;基于MapGIS的工程地质柱状图和剖面图自动生成方法研究[D];西安科技大学;2005年
8 张松;塑料注射模具参数化设计系统的研究[D];青岛科技大学;2005年
9 王彩红;基于MapObjects的旅游资源调查与评价信息系统研究[D];陕西师范大学;2005年
10 房熠泽;汽车塑料零部件设计技术研究[D];南京理工大学;2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 郑水平;辽河曙采设立二次开发奖[N];中国石油报;2008年
2 通讯员 王志斌;玉门油田二次开发效果明显[N];中国石油报;2008年
3 记者 岳双才 通讯员 田洁 齐新宽;路36断块二次开发生机勃发[N];中国石油报;2008年
4 记者 张文鸣;老油田的新革命[N];中国石油报;2009年
5 郭瑞 综合整理;教材“二次开发”的案例解读[N];中国教师报;2010年
6 通讯员 李宁;江桥镇淘汰劣势企业实施二次开发[N];东方城乡报;2010年
7 魏志强 通讯员 刘字巧;大港采四实现凝析油气藏二次开发[N];中国石油报;2006年
8 记者 朱米福通讯员 石军辉 杨翠敏;冀东油田柳北二次开发第一口调整井获高产[N];中国石油报;2008年
9 记者 罗建东 特约记者 孟晓勇;吐哈油田二次开发首轮新井投产[N];中国石油报;2010年
10 本报记者 陈继翔;深入本地化二次开发国产奥迪A6L三款新车上市[N];机电商报;2006年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978