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1、混凝土損傷模型分析 論文導(dǎo)讀:：本文系統(tǒng)地綜述了混凝土損傷研究的概況,分析了各個(gè)有代表意義的混凝土損傷本構(gòu)模型基礎(chǔ)之上,對(duì)比研究了各個(gè)模型的特點(diǎn)及各自適用范圍，并對(duì)有待進(jìn)一步研究的問題進(jìn)行了討論。論文關(guān)鍵詞：混凝土，本構(gòu)模型，損傷 1前言 混凝土作為重要的建筑材料已有百余年的歷史，當(dāng)前廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域本構(gòu)模型，當(dāng)然，在土木工程和采礦工程中也是必不可少的，在結(jié)構(gòu)工程等混凝土更為廣泛應(yīng)用的研究領(lǐng)域，人們已經(jīng)對(duì)混凝土的力學(xué)特性進(jìn)行了廣泛的研究本構(gòu)模型，但是對(duì)混凝土損傷與斷裂過程中的裂紋擴(kuò)展以及損傷與斷裂機(jī)制等基本問題，
2、還需要進(jìn)一步的研究。隨著結(jié)構(gòu)形式由單純的一般房屋建筑結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到重力式海洋平臺(tái)、高拱壩、核電站混凝土保護(hù)層和大跨度混凝土橋梁等復(fù)雜結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境和荷載作用也變得更加復(fù)雜,導(dǎo)致許多新的工程和力學(xué)現(xiàn)象不斷地出現(xiàn),使得對(duì)混凝土破壞理論的研究必須向更深的層次發(fā)展,以適應(yīng)工程實(shí)際的需要。 在混凝土的損傷研究中,大量學(xué)者針對(duì)具體工程情況提出了各種不同的損傷本構(gòu)模型,但是由于適用條件的特殊性及所建立模型的復(fù)雜化,很少有一種能夠有明確的物理意義、表達(dá)簡單、便于工程師接受的一般損傷本構(gòu)關(guān)系式。。從物理意義來看損傷力學(xué)是比較適合用來描
3、述混凝土材料的本構(gòu)關(guān)系的。本文基于對(duì)損傷本構(gòu)模型的思考,結(jié)合有待進(jìn)一步研究的問題,對(duì)一些有代表性的損傷模型進(jìn)行了綜述?！ ?混凝土損傷本構(gòu)模型 混凝土各向同性彈性損傷模型 Loland損傷模型 該模型為單軸拉伸模型.假設(shè)材料為彈性各向同性,損傷也是各向同性的, 該模型的定義簡單,適用于混凝土受拉情況,所得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和所采用的試驗(yàn)結(jié)果較符合論文服務(wù)。但是有效應(yīng)力在第二階段假定為一常數(shù),得到的應(yīng)力-應(yīng)變是線性關(guān)系,這是值得商榷的。 Mazars損傷模型 該模型的特點(diǎn):假定峰值應(yīng)力前應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為直線,
4、因此無初始損傷或損傷不發(fā)展,在單軸受拉、受壓情況下與試驗(yàn)吻合較好,但是在多軸應(yīng)力條件下誤差較大?！ achanov損傷模型 借助于Kachanov的“連續(xù)度”的概念,連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)將材料的損傷描述為有效受力面積的減少,根據(jù)這一推理,于海祥等[1]在描述構(gòu)件損傷程度時(shí),將損傷變量定義為:(4)，該模型較為簡單,物理意義明確?！ ∫陨蠋追N模型建立的思路基本類似,假定無初始損傷或初始損傷不發(fā)展,根據(jù)試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€數(shù)據(jù)分階段建立損傷模型,不同點(diǎn)在于損傷演化方程不一樣。Loland所參照的應(yīng)力-應(yīng)變曲線不呈現(xiàn)尖銳的峰
5、值,建立的損傷模型與其它模型有所不同?！ 』炷粮飨虍愋詮椥該p傷模型 Sidoroff損傷模型 Sidoroff能量等價(jià)原理指出:如果用有效應(yīng)力張量代替柯西應(yīng)力張量,受損材料的彈性余能與無損材料的彈性余能在形式上相同?！ ≡撃Ｐ陀衅淇尚诺睦碚摶A(chǔ).但應(yīng)力峰值前的零損傷假設(shè)與實(shí)際情況不符.由于在該模型中損傷閾值在Y空間是常量,故又稱為理想損傷模型,類似于理想塑性的概念.。 Krajcinovic損傷模型 此模型假設(shè)材料內(nèi)部損傷是由平面幣狀缺陷所引起,損傷變量為矢量,該模型在材料微觀機(jī)理與宏觀性質(zhì)的銜接上作出了有意義
6、的嘗試，根據(jù)平面幣狀損傷假設(shè),Helmholtz定義了由裂紋密度表示的自由能表達(dá)式,根據(jù)正交法則得到三維損傷應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,損傷剛度張量由裂紋密度表達(dá)?！ 难芯勘砻鞅緲?gòu)模型，混凝土在受到外界作用之前由于內(nèi)部微缺陷導(dǎo)致的初始損傷是各向同性的.而且,從宏觀平均的角度看混凝土的力學(xué)性質(zhì)也是各向同性的.但是,隨著受到環(huán)境和外載的作用后,變形的累積和局部的應(yīng)力集中引起損傷的演化,這種損傷是各向異性的,損傷的主方向與應(yīng)力的主方向相同,第一主損傷方向即為第一主應(yīng)力方向.并且,損傷導(dǎo)致了材料的各向異性.已有的各向同性損傷模型在復(fù)雜應(yīng)力情
7、況下均存在較大誤差也在一定程度上說明了問題.因此,應(yīng)該把發(fā)展既具有較強(qiáng)的預(yù)測能力,并且又適于應(yīng)用的各向異性模型作為重點(diǎn)研究方向之一.從目前看,基于能量分析建立的模型具有較大的潛力,但距離真正解決問題還有相當(dāng)?shù)牟罹??！ 』炷翉椝苄該p傷模型 混凝土循環(huán)加卸載試驗(yàn)表明[2],試件受載過程中剛度不斷降低,并伴有殘余應(yīng)變產(chǎn)生。顯然彈性損傷本構(gòu)模型不能反映出不可逆變形的發(fā)展過程,致使所建模型與實(shí)際有較大誤差,因此有學(xué)者提出了考慮不可逆變形的彈塑性損傷模型,并根據(jù)塑性增量理論建立了彈塑性受損材料的本構(gòu)關(guān)系及加載準(zhǔn)則[3]?！ 』炷?/p>
8、土塑性損傷模型理論 采用損傷力學(xué)處理塑性變形有兩種方法：假設(shè)損傷僅對(duì)材料的彈性特性有影響，在Cauchy應(yīng)力空間利用經(jīng)典的塑性力學(xué)。混凝土進(jìn)入軟化段后，這種方法涉及屈服面收縮，因此會(huì)出現(xiàn)一定的數(shù)值收斂和穩(wěn)定性問題。在有效應(yīng)力空間內(nèi)利用塑性力學(xué)基本公式。由于有效應(yīng)力空間內(nèi)屈服面一直處于膨脹狀態(tài)而不存在收縮，因此采用這
