混凝土彈塑性隨機損傷本構關系理論與試驗研究.pdf

1、混凝土損傷本構關系研究是混凝土結構破壞力學研究中的基本問題，盡管混凝土材料已經(jīng)被廣泛應用于工程結構中，但如何理解和反映混凝土受力過程中的損傷及破壞機理，并不十分清楚。目前，基于彈性力學、塑性力學、斷裂力學和損傷力學等理論框架的大多數(shù)混凝土本構關系理論是一種確定性理論，無法反映混凝土材料隨機離散這一基本特征。 本文主要是研究混凝土隨機損傷本構關系理論，在詳細研究了國內外混凝土本構關系建模理論的基礎上，開展了以下幾方面研究：

2、 結合混凝土組成特點和宏觀破壞特性分析，指出混凝土在細觀層次上存在兩種典型破壞形式，拉伸破壞和剪切破壞?；炷量呻x散為拉伸單元與剪切單元組成的串并聯(lián)體，二者均簡化為彈性元件和塑性元件的組合體，宏觀性能可通過細觀單元性能來描述。 利用混凝土單軸受力狀態(tài)的細觀損傷物理模型，采用單元失效面積與總面積之比定義為損傷變量，將細觀單元破壞時的應變視為隨機變量，建立了單軸受力損傷本構關系模型。在分析已有不可逆變形表達式的基礎上，結合細觀層次上

3、的分析，建議了單軸受力時塑性變形的計算模式。建議的模型能夠較為合理地反映混凝土在受力過程中的損傷隨機演化特征以及試驗結果的離散性。 采用隨機建模的基本思想，考慮隨機場中變量的相關性，利用試驗得到的單軸受拉或受壓應力—應變全曲線，結合Powell優(yōu)化算法，確定了破壞應變隨機場的分布參數(shù)，給出了拉伸單元與剪切單元細觀損傷的數(shù)字特征(即均值、標準差和相關系數(shù))，同時，識別給出了塑性變形系數(shù)。研究表明：當不考慮隨機場中變量的相關性，隨機

4、損傷本構關系可轉化為確定性的均值應力—應變關系。 在單軸細觀受力物理模型的基礎上，利用損傷力學基本原理，改進了受剪塑性自由能勢，推導并建立了混凝土多軸受力損傷本構關系模型；基于損傷能釋放率和能量等效應變，得到了基于單軸受力損傷演化的多軸受力損傷顯式表達式；考慮損傷的隨機演化，得到了多軸本構關系，推導給出了應力的均值和方差。從本文建立的多軸損傷本構關系，可導出均值意義上的二軸強度包絡圖，該包絡圖能反映混凝土在雙軸受壓時的強度提高和

5、二軸拉壓時的強度軟化特點。 采用應變控制加載方法，以雙摻粉煤灰和礦粉的高性能混凝土為研究對象，進行了單軸和雙軸受力本構關系的系列試驗研究，考察了該類混凝土基本力學性能和宏觀破壞特征，得到了具有完整上升段和下降段的單軸拉伸、受壓和二軸受壓、拉壓時混凝土的應力—應變全曲線，為隨機損傷本構關系模型的驗證提供了可靠的數(shù)據(jù)。 將本文建議的理論模型計算結果與已有試驗數(shù)據(jù)進行了較為詳細的比較和分析，結果表明：本文建議的混凝土隨機損傷本