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混凝土断裂的三维旋转裂缝模型研究

工程力学 2004年第5期21卷 1-4,82页

作者：周元德张楚汉金峰清华大学水利水电工程系北京100084

作为一种准脆性材料,混凝土在发生开裂后将表现一定的应变软化特性。基于Bazant提出的钝断裂带力学模型,将其扩展为三维旋转裂缝模型,并推导出相应的三维软化本构,应用于复杂应力路径下混凝土开裂扩展的三维数值模拟。通过对比四点剪切... 详细信息

作为一种准脆性材料,混凝土在发生开裂后将表现一定的应变软化特性。基于Bazant提出的钝断裂带力学模型,将其扩展为三维旋转裂缝模型,并推导出相应的三维软化本构,应用于复杂应力路径下混凝土开裂扩展的三维数值模拟。通过对比四点剪切梁试验的数值模拟结果与试验结果,验证了该模型能较好地模拟混凝土混合型开裂行为。

关键词：结构工程混凝土断裂旋转裂缝应变软化钝断裂带

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钢筋混凝土相互作用效应的钢筋刚化模拟

清华大学学报（自然科学版） 2007年第6期47卷 793-796页

作者：龙渝川周元德张楚汉清华大学水利水电工程系北京100084

为了分析大体积钢筋混凝土配筋结构的承载能力,发展了钢筋刚化方法。通过调整钢筋刚度模拟钢筋混凝土受拉刚化效应,推导了刚度调整后的钢筋一维本构关系,并与混凝土弥散裂缝模型结合构成钢筋混凝土分析程序。分别采用钢筋刚化模型和传... 详细信息

为了分析大体积钢筋混凝土配筋结构的承载能力,发展了钢筋刚化方法。通过调整钢筋刚度模拟钢筋混凝土受拉刚化效应,推导了刚度调整后的钢筋一维本构关系,并与混凝土弥散裂缝模型结合构成钢筋混凝土分析程序。分别采用钢筋刚化模型和传统的混凝土刚化模型,模拟了McNeice钢筋混凝土板试验,二者的计算结果一致,并均与试验结果高度吻合。结果表明:本模型可以反映受拉刚化效应对结构刚度的贡献,可用于分析钢筋混凝土结构的承载能力。

关键词：钢筋混凝土受拉刚化钢筋刚化混凝土刚化弥散裂缝模型

基于两类横缝接触模型的拱坝非线性动力响应研究

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水利学报 2005年第9期36卷 1094-1099页

作者：龙渝川周元德张楚汉清华大学水利水电工程系北京100084

本文基于主、从接触面的接触边界方法,采用限制接触面切向滑移的弹簧单元,模拟切向完全约束的高拱坝横缝在地震动荷载作用下张开、闭合的非线性力学行为,并应用有限元隐式迭代方法求解结构的动力响应。为了适应拱坝计算,文中对基于接触... 详细信息

本文基于主、从接触面的接触边界方法,采用限制接触面切向滑移的弹簧单元,模拟切向完全约束的高拱坝横缝在地震动荷载作用下张开、闭合的非线性力学行为,并应用有限元隐式迭代方法求解结构的动力响应。为了适应拱坝计算,文中对基于接触边界的ABAQUS模型进行了功能扩展,包括引入弹簧单元约束切向滑移、嵌入有限元库水附加质量等。通过讨论接触边界与接触单元模型的有限单元格式,比较了两类接触模型的特点。分别采用该模型与基于接触单元法的ADAP88模型模拟某拱坝的动力响应,两者得到了基本一致的规律:结点位移与横缝开度吻合良好,动位移与开度时程反映出相同的动力响应周期,二者都反映出横缝张开引起的拱向拉应力释放和梁向应力的增加。通过计算验证了ABAQUS模型在拱坝动力计算方面的适用性,说明该模型适合作为一个扩展平台嵌入其他的本构、边界模型以全面模拟实际拱坝的动力特性。

关键词：横缝拱坝动接触边界接触单元数值计算

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钢筋混凝土嵌入式滑移模型

工程力学 2007年第z1期24卷 41-45页

作者：龙渝川张楚汉周元德清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 香港大学土木工程系

提出一种钢筋混凝土嵌入式滑移模型,将模拟钢筋-混凝土交界面的无厚度粘结单元嵌入到混凝土单元中,保证粘结单元上、下表面分别与混凝土、钢筋单元变形协调,尔后通过两表面位移差值表征钢筋滑移。基于虚功原理集成钢筋、混凝土和粘结单... 详细信息

提出一种钢筋混凝土嵌入式滑移模型,将模拟钢筋-混凝土交界面的无厚度粘结单元嵌入到混凝土单元中,保证粘结单元上、下表面分别与混凝土、钢筋单元变形协调,尔后通过两表面位移差值表征钢筋滑移。基于虚功原理集成钢筋、混凝土和粘结单元的刚度贡献,建立了嵌入式滑移模型的有限元平衡方程。应用该模型分析钢筋混凝土简支梁破坏试验,获得的构件承载力、裂缝分布形态和破坏模式与试验结果接近。结果表明:嵌入式滑移模型在分析钢筋混凝土结构承载力和裂缝形态方面具有一定的应用前景。

关键词：钢筋混凝土嵌入式滑移模型弥散裂缝模型虚功原理裂缝间距

基于弥散与分离裂缝模型的混凝土开裂比较研究

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工程力学 2008年第3期25卷 80-84页

作者：龙渝川张楚汉周元德清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 重庆大学土木工程学院重庆400045 香港大学土木工程系中国香港

裂缝扩展是影响混凝土结构非线性响应的重要因素,其扩展深度与张开位移是评价结构安全性的重要指标。基于弥散裂缝框架,该文建立了等效裂缝张开位移与损伤因子、断裂带宽度之间的函数关系。分别采用弥散、分离两类裂缝模型模拟I型断裂和... 详细信息

裂缝扩展是影响混凝土结构非线性响应的重要因素,其扩展深度与张开位移是评价结构安全性的重要指标。基于弥散裂缝框架,该文建立了等效裂缝张开位移与损伤因子、断裂带宽度之间的函数关系。分别采用弥散、分离两类裂缝模型模拟I型断裂和I-II混合型断裂试验,二者在结构承载力、裂缝扩展和裂缝张开位移方面均获得了基本一致的结果。数值算例表明弥散裂缝模型与分离裂缝模型计算精度接近但其效率更高。

关键词：混凝土断裂力学弥散裂缝模型分离裂缝模型裂缝张开位移等效裂缝张开位移

基于改进Weibull分布模型的岩石单轴压缩变形破裂规律研究

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岩石力学与工程学报 2014年第S1期33卷 2802-2807页

作者：唐欣薇周元德华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室广东广州510640 华南理工大学土木与交通学院广东广州510640 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 清华大学水利水电工程系北京100084

岩石的单轴压缩响应受岩石微细观结构、边界条件、试件形状等影响,呈现出测量强度和变形特性的离散性。针对上述问题,基于连续介质力学的方法,采用非线性损伤本构关系模拟岩石材料的力学响应,在常规Weibull随机分布模型基础上,引入空间... 详细信息

岩石的单轴压缩响应受岩石微细观结构、边界条件、试件形状等影响,呈现出测量强度和变形特性的离散性。针对上述问题,基于连续介质力学的方法,采用非线性损伤本构关系模拟岩石材料的力学响应,在常规Weibull随机分布模型基础上,引入空间相关尺度因子,建立考虑岩石空间相关特性的细观力学模型。采用改进的Weibull分布模型,对不同形状的非均质岩石试件进行单轴压缩数值试验,研究不同加载边界对岩石破损行为的影响,结果表明:端部摩擦、试件形状会影响岩石受压的变形特征及破裂形态,即使试件端部存在较小的摩擦,形状效应仍然存在。为减小单轴压缩试验结果的离散性,需尽量减小端部效应,同时,增加试件的高宽比。

关键词：岩石力学单轴压缩空间相关尺度端部效应形状效应

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用非连续介质力学模型研究混凝土的Ⅰ型断裂

清华大学学报（自然科学版） 2006年第3期46卷 346-349,354页

作者：侯艳丽周元德张楚汉清华大学水利水电工程系北京100084

为进行连续介质到非连续介质转化的数值模拟,实现结构破坏过程的仿真分析,将固定和旋转的弥散裂缝模型与变形体离散元方法结合应用于混凝土、岩石等准脆性材料的受拉开裂过程分析。通过对比三点弯梁试验的数值模拟结果与试验结果,验证... 详细信息

为进行连续介质到非连续介质转化的数值模拟,实现结构破坏过程的仿真分析,将固定和旋转的弥散裂缝模型与变形体离散元方法结合应用于混凝土、岩石等准脆性材料的受拉开裂过程分析。通过对比三点弯梁试验的数值模拟结果与试验结果,验证了模型能够定量预测裂缝的发生及开裂过程中的变形,获得了合理的结构荷载位移响应曲线,同时旋转裂缝模型同固定裂缝模型相比可以一定程度上避免剪切锁死现象。方法为连续非连续介质统一力学模型的进一步研究奠定了一定的理论基础。

关键词：混凝土开裂裂缝模型变形体离散元

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基于弥散裂缝模型的重力坝简化地震分析

水利学报 2007年第10期38卷 1221-1227页

作者：沈怀至周元德王进廷清华大学水利水电工程系北京100084

基于弥散裂缝模型,将简化地震分析由常规的线弹性分析扩展到考虑材料损伤断裂行为的非线性模拟,借助弧长法对完整变形破坏过程进行求解。在数值模拟分析中,分别采用动力时程和地震简化分析两种方法对Koyna坝进行研究,结果表明,两种方法... 详细信息

基于弥散裂缝模型,将简化地震分析由常规的线弹性分析扩展到考虑材料损伤断裂行为的非线性模拟,借助弧长法对完整变形破坏过程进行求解。在数值模拟分析中,分别采用动力时程和地震简化分析两种方法对Koyna坝进行研究,结果表明,两种方法的线弹性分析所得最大主应力分布形式基本一致,并且非线性分析中,地震简化分析方法模拟得到的坝体开裂与动力时程分析结果也基本相同,说明基于弥散裂缝模型的地震简化分析可以较好地预测坝体的地震开裂响应。分析中给出的地震荷载系-坝顶位移关系曲线,包括上升段和下降段,反映了弧长法能够模拟地震荷载与位移的完整关系曲线。曲线峰值点给出了Koyna坝最大地震承载力分别为0.55g(向上游)、0.60g(向下游)。从而为判断坝体达到地震承载极限状态提供了明确的依据。

关键词：简化分析等效地震侧向力弥散裂缝模型弧长法极限承载力

考虑空间相关尺度特征的细观力学模型及其应用

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岩土力学 2012年第7期33卷 2021-2026页

作者：唐欣薇周元德张楚汉华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室广州510640 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

天然岩石材料内部存在各种缺陷,在微、细观尺度表现出高度的非均质特性。基于连续介质力学框架,采用非线性标量损伤本构关系描述岩石材料的变形与破坏行为,建立了岩石细观损伤本构模型,并在常规Weibull随机分布模型基础上,引入空间相关... 详细信息

天然岩石材料内部存在各种缺陷,在微、细观尺度表现出高度的非均质特性。基于连续介质力学框架,采用非线性标量损伤本构关系描述岩石材料的变形与破坏行为,建立了岩石细观损伤本构模型,并在常规Weibull随机分布模型基础上,引入空间相关尺度因子以模拟实际岩石材料各项物理力学指标具有的空间相关特征。选取典型岩石单轴拉伸试验算例,分析随机场内空间相关尺度因子的变化对试样荷载-加口张开度关系曲线以及破坏行为的影响。结果表明,考虑岩石材料各项物理力学指标的空间相关尺度特征对评价其力学指标的离散性以及破坏形态特征有着较显著的影响。

关键词：岩石非均质细观力学 Weibull分布空间相关尺度