混凝土受压损伤本构模型研究

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近些年,人们将断裂、损伤力学引入混凝土本构关系中,试图从材料层次出发,建立一个较完善的混凝土本构关系,以真实地描述混凝土的开裂、软化、不可逆变形等特殊性能。但已有研究存在不足:工程应用背景不明确、公式参数繁杂、试验依据不足等。 混凝土受压力学性能的研究已清楚表明,混凝土裂缝的发展主要是由于骨料与砂浆的边界面粘结力不足所致,而混凝土的损伤与裂缝有着最直接的联系。根据已有试验研究,围压可以限制混凝土裂缝的开展,提高混凝土的抗压强度。虽然三轴试验较多,但是主要是针对三轴情况下混凝土的强度(破坏准则),没有具体针对不同围压应力比下的应力—应变关系做出研究。 为此,本文结合混凝土三轴试验以及损伤力学的基本概念,进行了21个不同围压应力比σ1∶σ2∶σ3=(-α)∶(-α)∶(-1)(α=0.00,0.15,0.18,0.19,0.20,0.22)作用下的单调、循环加卸载受压的常规三轴试验,初步得出了以下结论: ①在混凝土本构模型应用方面,大型商业有限元程序中使用的本构关系较简单实用,但这些软件仍是基于应力空间的本构关系,没有利用基于应变空间的塑性理论准确模拟混凝土“应变软化”现象,也没有利用真正意义损伤力学理论来反映混凝土的破坏机理,这对于模拟混凝土软化段有很多不足,需要进一步改进混凝土本构模型。 ②本文通过定围压应力比情况的常规三轴试验,研究了围压应力比对混凝土的受压应力—应变关系的影响规律。试验结果表明,在应变0.012之前阶段,由于各组围压相差不大,各组应力—应变曲线十分接近,与定围压情况明显不同。 ③在适当围压应力比条件下,体积应变曲线表明:轴向应变0.012之前阶段,试件仍处于压缩阶段,此时可以认为混凝土试件受压时裂缝基本不发展,能够达到理想“无损伤”工作状态。理想围压应力比作用下的混凝土循环加卸载试验结果说明了,合适的应力比可以阻止裂纹的开展,得到的应力—应变关系近似于金属的循环加卸载应力应变曲线,本文试验为混凝土损伤本构关系的研究提供了试验依据。 ④根据试验结果,得到了混凝土“无损伤”的理想状态受压应力—应变关系,结合现有混凝土单轴受压关系,得到了混凝土单轴受压损伤演化规律。
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