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第38卷第8期建 筑 结 构2008年8月ABAQUS 混凝土损伤塑性模型参数验证张 劲1 王庆扬1,2 胡守营1 王传甲2(1中国石油大学 北京102249;2中国电子工程设计院深圳市电子院设计有限公司 深圳581031)[摘要] 为了统一ABAQUS 混凝土损伤塑性模型与规范提供的混凝土本构模型,在规范提供的混凝土本构关系的基础上引入损伤因子的概念,对混凝土损伤塑性模型本构关系参数的确定方法进行了研究。
用各等级混凝土本构关系参数模拟结果与规范曲线的对比,验证CDP 模型参数的正确性;用一混凝土剪力墙试验的模拟分析,验证本构关系参数用于结构分析情况下的可靠性。
两种验证结果证明,给出的CDP 模型参数确定方法是正确的,用该方法确定的参数进行结构模拟分析所得结果是可靠的,并指出了CDP 模型的不足。
[关键词] ABAQUS ;混凝土损伤塑性模型;剪力墙试验Parameters Verification of Concrete Damaged Plastic Model of ABAQUS Zhang Jin 1,Wang Qingyang 1,2,Hu Shouying 1,Wang Chuanjia2(1China Univ .of Petroleu m ,Beijing 102249,China ;2Shenzhen Electronics Design Inst .Co .,Ltd .,Shenzhen 518031,China )A bstract :To uniform the concrete damaged plastic model provided by ABAQUS and the concrete constitutive relatiouships provided by the code for concrete structure design ,the damaged factors was introduced into the constitutive relationship provided by criterion ,and then the method used to determine the parameters of CDP model was studied .To verify the correctness of the parameters of CDP model ,the method of contrastin g the results extracted from simulation and the criterion curves is used ;and to verify the reliability applied to structure s imulation ,the method of contrasting s imulation results and experimental results is chosen .It is approved that the determined method of CDP model parameters is correct and the simulation results of structures using the parameters determined by the method is reliable .The shortage of CDP model was ind icated .Keywords :ABAQUS ;concrete damaged plastic model ;s hear wall test作者简介:张劲(1963-),男,副教授。
混凝土随机损伤本构模型与试验研究混凝土材料在工程中广泛应用，其力学性能的研究一直是工程学领域的热点。
混凝土的随机损伤本构模型是近年来混凝土力学研究的一个重要方向。
本文将介绍混凝土随机损伤本构模型及其试验研究。
一、混凝土随机损伤本构模型混凝土材料的力学性能受到多种因素的影响，如材料的组成、结构、加载方式等。
在实际工程中，混凝土材料常常会受到多种力的作用，如轴向拉拉力、剪力、弯矩等。
因此，混凝土的本构模型需要考虑多种因素的影响。
混凝土随机损伤本构模型是一种能够考虑混凝土随机损伤的力学模型。
该模型将混凝土材料视为一个由多个单元组成的体系，每个单元都有可能发生损伤。
损伤会导致单元的刚度和强度降低，最终影响整个混凝土体系的力学性能。
混凝土随机损伤本构模型的基本思想是将混凝土体系分解为多个单元，每个单元都有可能发生损伤。
单元的损伤程度可以用一个参数来表示，该参数称为损伤变量。
损伤变量的值越大，表示单元的损伤程度越严重。
混凝土随机损伤本构模型的本质是一个随机过程，其基本形式可以表示为：$$sigma_{ij}=frac{1}{V}sum_{k=1}^{N}sigma_{ij}^k(1-d_k)$$ 其中，$sigma_{ij}$表示混凝土体系的应力张量，$V$为混凝土体系的体积，$N$为单元的数量，$sigma_{ij}^k$表示第$k$个单元的应力张量，$d_k$表示第$k$个单元的损伤变量。
混凝土随机损伤本构模型的主要优点是能够考虑混凝土材料的随机性和多种因素的影响。
然而，该模型也存在一些问题，如计算复杂度较高、参数难以确定等。
二、混凝土随机损伤本构模型的试验研究混凝土随机损伤本构模型的试验研究是验证模型有效性的重要手段。
目前，国内外研究者已经开展了大量的混凝土随机损伤本构模型的试验研究，取得了一些重要的成果。
首先，研究者通过轴向拉伸试验、三轴压缩试验、剪切试验等方法，获得了混凝土材料的力学性能参数。
这些参数包括弹性模量、泊松比、极限强度、损伤变量等，为混凝土随机损伤本构模型的建立提供了基础数据。
中国工程建设标准化协会标准超声法检测混凝土缺陷技术规程CECS21∶90主编单位: 陕西省建筑科学研究设计院上海同济大学批准单位: 中国工程建设标准化协会批准日期: 1990年9月10日1991北京前言超声法检测混凝土缺陷是一种检测混凝土强度和缺陷的非破损检验方法,在我国已较为广泛的应用。
为了统一检验程序和判定缺陷的方法,提高检验结果的可靠性,原城乡建设环境保护部1986年以(86)城科字第263号文委托陕西省建筑科学研究设计院和同济大学会同有关单位进行本规程的编制工作。
1988年新组建的建设部将此项任务转入中国工程建设标准化协会标准计划。
本规程在编制过程中,经过多次征求意见和修改,最后由建筑工程标准研究中心组织审查定稿。
现批准《超声法检测混凝土缺陷技术规程》为中国工程建设标准化协会标准,编号为CECS21:90,并推荐给工程建设有关单位用于混凝土质量监测和检验。
在使用中,如发现需要修改补充之处,请将意见和有关资料寄交西安市环城西路142号陕西省建筑科学研究设计院(邮政编码:710082)。
中国工程建设标准化协会1990年9月10日目录主要符号第一章总则第二章超声检测设备第一节超声检测仪技术要求第二节换能器的技术要求第三节检测设备的准备、检验和维护第三章检测技术第一节一般规定第二节声学参数测量第四章浅裂缝检测第一节一般规定第二节测试方法第三节数据处理及判定第五章深裂缝检测第一节一般规定第二节测试方法第三节裂缝深度判定第六章不密实区和空洞检测第一节一般规定第二节测试方法第三节数据处理及判定第七章混凝土结合面质量检测第一节一般规定第二节测试方法第三节数据处理及判定第八章表面损伤层检测第一节一般规定第二节测试方法第三节数据处理及判定第九章匀质性检测第一节一般规定第二节测试与计算附录一用超声仪测量空气声速进行自身校验附录二径向振动式换能器声时初读数(t0)的测量附录三空洞尺寸估算方法附录四超声测缺原始记录表附录五本规程用词说明附加说明主要符号第一章总则第1.0.1条本规程适用于使用超声法对混凝土和钢筋混凝土进行缺陷检测。
混凝土结构损伤识别的模态参数变化分析混凝土结构作为现代工程建设中的重要组成部分，其长期稳定性和安全性直接关系到建筑物的功能实现及人员的生命财产安全。
然而，在服役过程中，混凝土结构会受到多种因素的影响，包括环境侵蚀、荷载作用、材料老化等，这些因素可能导致结构发生损伤。
模态参数变化分析作为一种非破坏性的检测方法，能够通过对结构动力响应的测量来识别损伤的存在与程度，具有快速、高效、灵敏度高的特点。
本文将从六个方面探讨混凝土结构损伤识别中的模态参数变化分析。
一、模态参数理论基础模态参数是描述结构动态特性的基本量，主要包括固有频率、振型和阻尼比。
固有频率反映了结构在无阻尼自由振动时的振动频率，振型则表示在特定频率下结构各点的相对位移模式，而阻尼比则体现了结构振动能量衰减的快慢。
当结构内部发生损伤时，其刚度、质量分布或阻尼特性发生变化，进而导致模态参数的改变，这是模态参数分析用于损伤识别的基础。
二、损伤识别原理损伤识别的基本原理基于这样一个假设：结构的模态参数与其物理状态之间存在一一对应关系。
任何影响结构物理属性的因素，如损伤、裂缝的出现，都会引起模态参数的偏移。
通过对比损伤前后结构的模态参数差异，即可评估损伤的位置和严重程度。
常用的识别方法包括模态曲线法、模态应变能法、模态柔度法等，这些方法各有侧重，适用于不同类型的损伤和结构情况。
三、模态参数测试技术准确获取模态参数是进行损伤识别的前提。
常见的测试技术包括脉冲激振法、环境随机振动法、共振法等。
脉冲激振法通过短暂的外力脉冲激发结构振动，然后记录其响应；环境随机振动法则利用结构自然或外部环境的随机振动信号进行分析；共振法则是在结构的固有频率附近施加持续振动，通过共振现象获取模态信息。
选择合适的测试技术对于提高识别精度至关重要。
四、数据处理与损伤指标获取原始数据后，需经过信号处理，如滤波、频谱分析、模态参数识别等步骤，以提取有用的模态信息。
常用的损伤指标包括频率变化率、模态柔度变化、模态应变能变化等。
混凝土结构的损伤分析与评估混凝土结构是建筑工程中广泛使用的材料，其承重能力和耐久性均较高。
然而，随着时间的推移，混凝土结构不可避免地会受到一定程度的损伤。
针对混凝土结构的损伤问题，我们需要进行损伤分析与评估，以确定需要采取何种措施进行修缮和维护。
1. 混凝土结构的损伤类型混凝土结构常见的损伤类型主要包括裂缝、腐蚀和变形。
混凝土结构中的裂缝多种多样，可以分为干裂和湿裂，还可以按照分布情况分为面裂、纵裂、横裂等。
腐蚀主要是指混凝土内部钢筋的腐蚀，因为钢筋腐蚀后会产生体积膨胀，导致混凝土表面出现爆破和鼓包现象。
变形则是指由于地震、荷载等外力和混凝土侧向膨胀等内因素引起的结构变形。
2. 损伤分析方法针对混凝土结构的损伤，常用的分析方法包括视察法、无损检测和静载试验。
视察法主要是通过观察混凝土表面的裂缝、成分均匀性等来初步判断是否存在损伤，但其局限在于无法深入结构内部进行分析。
无损检测则可以更加全面地评估混凝土结构的损伤情况，包括声波检测、电测法、X射线探测等多种检测方式。
静载试验则是通过施加一定的荷载来评估混凝土结构的载荷能力和损伤程度，但是其对结构本身的破坏也更大。
3. 损伤评估方法损伤分析后，接下来需要进行损伤评估，以确定混凝土结构的使用寿命和所需维护措施。
损伤评估的方法主要分为定性评估和定量评估两种。
定性评估通过对结构的损伤程度和类型进行分析，然后评估该损伤对结构整体性能的影响，枚举出结构所面对的风险。
定量评估则是将损伤信息归纳为数字数据，然后通过数据分析和统计模型来确定结构的承载能力和损伤程度，以便制定针对性的维护措施。
4. 损伤的修复与维护针对混凝土结构的损伤，需要采取相应的修复和维护措施。
修复措施包括表面修补、种抹灰层等方法，而维护措施则更加注重结构的预防性保养，包括使用防腐剂、控制温度、控制湿度等方法。
此外，最重要的是进行定期的检测和保养，及时发现和处理损伤，以保证建筑结构的安全和耐久性。
《基于声发射检测方法的混凝土损伤评价研究》篇一一、引言混凝土作为现代建筑的主要材料，其损伤评价对于保障建筑结构的安全性和耐久性具有重要意义。
传统的混凝土损伤检测方法主要依赖于外观观察、非破坏性试验等手段，但这些方法往往难以准确、全面地评估混凝土内部的损伤情况。
近年来，声发射检测方法在混凝土损伤检测领域得到了广泛应用。
本文基于声发射检测方法，对混凝土损伤评价进行研究，以期为混凝土结构的损伤评估提供新的思路和方法。
二、声发射检测方法概述声发射（Acoustic Emission，AE）是指材料在变形或断裂过程中释放出的弹性波现象。
声发射检测方法通过监测混凝土在受力过程中产生的声发射信号，分析信号的特征参数，从而评估混凝土的损伤情况。
该方法具有非接触、实时、动态等优点，能够有效地反映混凝土内部的损伤过程。
三、混凝土损伤评价研究1. 声发射信号采集与处理本研究采用声发射检测系统，对混凝土试件在受力过程中的声发射信号进行采集。
通过滤波、放大、数字化等处理手段，提取出声发射信号的特征参数，如振幅、频率、能量等。
这些参数能够反映混凝土内部的损伤程度和损伤过程。
2. 混凝土损伤评价模型构建基于声发射信号的特征参数，构建混凝土损伤评价模型。
本研究采用多元线性回归方法，以声发射信号的振幅、频率、能量等参数为自变量，以混凝土损伤程度为因变量，建立回归模型。
通过大量实验数据的训练和验证，得到较为准确的混凝土损伤评价模型。
3. 混凝土损伤类型识别根据声发射信号的特征，可以识别混凝土的不同损伤类型。
例如，低频、高能量的声发射信号往往对应于混凝土内部的微裂纹扩展；高频、低能量的声发射信号则可能对应于混凝土表面的微损伤。
通过识别不同类型的声发射信号，可以更准确地评估混凝土的损伤情况。
四、实验结果与分析1. 实验设计本研究设计了多种混凝土试件，包括不同配合比、不同龄期的混凝土试件，以模拟实际工程中的混凝土结构。
在实验过程中，对混凝土试件施加不同的荷载，记录其声发射信号。
abaqus cdp 混凝土刚度恢复系数概述及解释说明1. 引言1.1 概述本篇文章旨在介绍abaqus cdp（Concrete Damaged Plasticity）模型中的混凝土刚度恢复系数，对其进行概述和详细解释说明。
混凝土刚度恢复系数是衡量材料强度退化程度的重要指标，它在结构工程领域广泛应用于预测和评估混凝土结构的性能。
1.2 文章结构本文分为五个部分进行讲述。
首先，在引言部分我们将对整篇文章进行概括性介绍，明确文章的目的和结构。
接下来，正文部分将给出详细的技术信息和理论知识。
第三部分将着重介绍abaqus cdp模型以及其相关知识点，包括cdp模型的定义、刚度恢复系数的定义以及该系数的重要性。
第四部分则会对混凝土刚度恢复系数进行解释说明，主要包括混凝土刚度衰减机理、计算方法及影响因素，以及实际工程应用和实例分析。
在结尾处，我们将给出全文总结和一些思考。
1.3 目的本文的目的有两方面：一方面是介绍abaqus cdp模型中的混凝土刚度恢复系数，明确其在结构工程中的重要性和应用范围；另一方面是对混凝土刚度恢复系数进行详细解释和说明，帮助读者更好地理解该概念及其相关参数。
这里是“1. 引言”部分的内容。
2. 正文在本篇长文中，我们将详细探讨abaqus cdp模型中的混凝土刚度恢复系数（coefficient of degradation and reinforcement proportion，CDP）的概述及其解释说明。
混凝土刚度恢复系数是指在结构分析过程中，考虑混凝土的非线性行为时，在加载和卸载循环之间用于描述混凝土应力-应变关系改变的参数。
它是衡量混凝土素材在荷载作用下承受损伤后能够恢复正常功能的重要指标。
本文将从以下几个方面进行论述。
首先，在第3部分中，我们将简要介绍abaqus cdp模型，并对其背后的理论基础进行阐述。
cdp模型是一种广泛使用的计算机模拟方法，可用于模拟工程结构在各种力学状态下的响应。
２００８年０２期（总第３８期）作者简介：樊平（１９７５－），男，四川绵阳人，博士，研究方向为桥梁耐久性检测与评定。
１概述混凝土碳化使其碱度降低，ｐＨ值下降，当ｐＨ值下降到９￣１０时，混凝土中钢筋表面墩化膜被破坏，钢筋得不到保护开始锈蚀。
一般将钢筋脱钝时间视为结构耐久性极限。
混凝土保护层的碳化是由混凝土表面开始，由表及里逐渐进行的，因此将混凝土保护层的碳化深度作为评判钢筋锈蚀的指标之一。
目前，对于混凝土碳化的研究已经取得了很多成果，国内外的研究者给出了多种碳化模型。
其中，前苏联学者Алексеев以ＣＯ２在混凝土孔隙中的扩散过程作为混凝土碳化的控制因素，基于Ｆｉｃｋ第一扩散定律得到了混凝土碳化的理论模型（１）式中，ｘ为碳化深度，ｃｍ；ｔ为碳化时间，年；Ｄｅ为ＣＯ２在混凝土中的有效扩散系数，ｃｍ３／年；Ｃ０为环境ＣＯ２浓度；ｍ０为单位体积混凝土的ＣＯ２吸收量。
希腊学者Ｐａｐａｄａｋｉｓ、Ｖａｙｅｎａｓ等人根据ＣＯ２及混凝土中可碳化物质在碳化过程中的质量平衡条件，经简化得到具有同如下模型（２）式中，ＣＣＨ、ＣＣＳＨ、ＣＣ３Ｓ、ＣＣ２Ｓ分别为Ｃａ（ＯＨ）２、ＣＳＨ、Ｃ３Ｓ、Ｃ２Ｓ的物质浓度。
Алексеев模型与Ｐａｐａｄａｋｉｓ模型具有异曲同工之处，目前已被大多数学者所接受。
这些模型虽然形式简单，但也有研究者提出，在某些情况下混凝土碳化不遵循时间的二次方根规律，在相对湿度ＲＨ＜６０％时，ＣＯ２不再是碳化速度的控制因素。
再则，Алексеев模型公式中的两个参数的计算方法模糊，而Ｐａｐａｄａｋｉｓ模型中虽给出了每一参数的计算方法，但此模型只适用于普通波特兰水泥混凝土。
而且由于钢筋混凝土结构的碳化受诸多因素的影响（如气候环境、结构的荷载水平、表面覆盖层等），每一结构混凝土碳化的影响因素又不同。
因此，在对既有结构进行碳化耐久性评估时，除考虑上式的运用，而且应考虑每一结构的独特性。
本文建议以现场实测数据为基础，运用Алексеев模型对既有钢筋混凝土结构的碳化耐久性能作评估。
采用超声波检测技术评估混凝土结构的损伤程度一、引言混凝土是建筑和基础设施建设中最常用的材料之一，其强度高、耐久性好、施工简单等特点，使其得到广泛应用。
但是，由于混凝土结构经常受到自然和人为因素的影响，如气候变化、地震、车辆交通等，导致混凝土结构的损伤成为一个普遍存在的问题。
因此，对混凝土结构的损伤进行评估和监测显得异常重要。
超声波检测技术因其无损、高精度、高效等特点，在混凝土结构损伤评估和监测方面得到广泛应用。
本文将对超声波检测技术在混凝土结构损伤评估中的应用进行详细介绍。
二、超声波检测技术原理超声波检测技术是利用超声波在介质中传播的特性，通过检测声波在介质中传播的速度、衰减和反射等特征，来确定介质的结构和性质的检测技术。
在混凝土结构损伤评估中，超声波检测技术主要利用了声波在混凝土中传播的速度和衰减的特点。
通常，超声波检测技术可以分为传统超声波检测技术和全波形反演超声波检测技术两种。
传统超声波检测技术主要是通过测量超声波在混凝土中的传播速度和衰减系数，来评估混凝土结构的损伤程度。
全波形反演超声波检测技术则是通过记录超声波在混凝土中的传播和反射过程，来重构混凝土结构的内部信息，从而评估混凝土结构的损伤程度。
三、超声波检测技术在混凝土结构损伤评估中的应用1.传统超声波检测技术传统超声波检测技术主要是通过测量超声波在混凝土中的传播速度和衰减系数，来评估混凝土结构的损伤程度。
传统超声波检测技术可分为时间域方法和频率域方法两种。
时间域方法主要是利用超声波在混凝土中的传播时间来测量混凝土中的裂缝和缺陷等情况。
时间域方法可以通过直接时间法和反射点法两种方法进行实现。
直接时间法是指在混凝土中发射一束超声波，并在接收端记录超声波经过时间，从而计算声速和混凝土的密度，从而评估混凝土的损伤情况。
反射点法是指在混凝土表面发射一束超声波，并在混凝土内检测到反射信号，从而确定混凝土中的缺陷和裂缝等情况。
频率域方法主要是利用超声波在混凝土中的衰减系数来测量混凝土中的损伤情况。
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Acoustifc Emission for Structural Integrity of Concrete from Fresh to Damaged
Masayasu Ohtsu Graduate School of Science & Technology, Kumamoto University, Kumamoto 860-8555, Japan
Keywords: Acoustic emission, Fresh and hardened concrete, Dynamic compaction, Rate process analysis, Crack kinematics
Abstract. Applications of acoustic emission (AE) to structural integrity of concrete are summarized, dealing with both fresh and hardened concrete. Under mixing concrete, AE activity is applied to estimate the consistency. After hardened, in a uniaxial compression test, AE activity is modeled by the rate process theory and is correlated with the damage degree. For inspection of reinforced concrete (RC) members, the damage is qualified, based on Kaiser effect. Following the theoretical treatment, identification of cracking mechanisms by SiGMA procedure is discussed. Thus, AE characteristics of concrete are clarified from the fresh state to the damaged, and their applications to structural integrity of concrete structures are demonstrated.
Introduction Concrete structures could deteriorate due to heavy traffic loads, fatigue, chemical reactions, unpredictable disasters, and poor workmanship. Eventually, retrofit and rehabilitation of the structures are in heavy demand all over the world, although the concrete structures have long been referred to as being maintenance-free. It results in the need for the development of advanced and effective inspection techniques prior to repairing works. Accordingly, acoustic emission (AE) techniques have been actively and extensively studied in concrete engineering since early 80’s [1]. AE techniques are recently applied to practical inspection of the concrete structures and are going to be standardized as the codes. Referring to these activities, fundamental results are reviewed on AE generation from fresh concrete to hardened concrete.
Measurement in Concrete According to extensive research on AE in concrete, the following requirements are stablished [2] in order to properly detect AE signals from concrete members. (1) To measure AE signals in concrete, a system consisting of AE sensor, amplifier, and filter is necessary. Total amplification from 60 dB to 90 dB is normally required. To decrease the noises, a band-pass filter with 1 MHz low-pass filter is mostly desirable, as well as a high-pass filter over some kHz. The noise should be lower than 20 mV as input voltage after detected by AE sensors. (2) A system normally detects such parameters as count, hit, event, maximum amplitude, energy, rise time, duration, energy-moment, RMS(root mean square) voltage, frequency spectrum, and arrival-time difference. Some of parameters are illustrated in Fig. 1. (3) Elimination of the noises is achieved by simply setting the threshold level in Fig. 1 over the noise level, and by either a band-pass filtering or a post-analysis of the data. In any cases, the
Fig. 1. AE parameters.
Key Engineering Materials Vols. 270-273 (2004) pp 543-548online at http://www.scientific.net© (2004) Trans Tech Publications, SwitzerlandOnline available since 2004/Aug/15
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Theory of AE The generalized theory of acoustic emission (AE) has been established on the basis of elastodynamics [3]. In order to model a crack as an AE source, two surfaces are virtually considered. Before a crack is nucleated, these two surfaces make a concurrent motion. Due to cracking, the discontinuity of displacement is nucleated as vector b(y,t) on crack surface F, which is called the dislocation by Eshelby and is identical to the Burgers vector. From the integral solution in elastodynamics, AE wave u(x,t) is represented,
