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《混凝土受壓構(gòu)件的協(xié)同損傷機(jī)理》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第27卷第5期青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)Vol.27No.52006JournalofQingdaoTechnologicalUniversity混凝土受壓構(gòu)件的協(xié)同損傷機(jī)理112魏金波,于廣明,段欣(1.青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院,青島266033;2.勝利工程設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司,東營257061)摘要:在混凝土受壓構(gòu)件損傷演化過程中,各組分之間表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性相互作用.在這一過程中,裂紋由最初的隨機(jī)分布狀態(tài)向?qū)⒁l(fā)生破壞區(qū)域集中演化,表現(xiàn)出從無序到有序演化的現(xiàn)象,具有明顯的自組織特征.根據(jù)混凝土受壓構(gòu)件的自組織特性,建立其損傷演化的序參量方程
2、,求出定態(tài)解和非定態(tài)解,對混凝土受壓構(gòu)件損傷協(xié)同演化機(jī)理進(jìn)行討論.關(guān)鍵詞:混凝土受壓構(gòu)件,協(xié)同學(xué),損傷中圖分類號:TU375[15]混凝土是由砂、石、水泥、水等組成的一種多相復(fù)合材料,內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在許多微裂縫等缺陷.在受壓荷載作用下,微裂縫等缺陷不斷發(fā)展變化,導(dǎo)致混凝土損傷.國內(nèi)外學(xué)者對混凝土受壓構(gòu)件損傷的過程進(jìn)行了深入研究,但仍未能從本質(zhì)上對其損傷進(jìn)行解釋.事實(shí)上,損傷問題跨越了固態(tài)物質(zhì)從原子鍵斷裂到固體出現(xiàn)宏觀分離,高達(dá)100多倍的尺度差異,不同尺度以及不同因素對混凝土構(gòu)件的宏觀破壞如何影響,至今尚不十分清楚.混凝土受壓構(gòu)件在有外荷載
3、的作用下,處于遠(yuǎn)離平衡的狀態(tài),其損傷過程是一個包括微觀到宏觀各種尺度互相耦合的非線性過程,是復(fù)雜微結(jié)構(gòu)缺陷的隨機(jī)相互俘獲(隨機(jī)儲存缺陷)和缺陷協(xié)調(diào)發(fā)展(幾何儲存缺陷)的過程.筆者基于混凝土受壓構(gòu)件的這些特性,研究了混凝土受壓構(gòu)件協(xié)同演化的損傷機(jī)理.1協(xié)同學(xué)的基本原理協(xié)同學(xué)的創(chuàng)始人是德國斯圖加特大學(xué)哈肯教授.20世紀(jì)60年代初期,哈肯教授在研究激光時(shí),發(fā)現(xiàn)激光的形成是一個典型的非平衡相變,他類比了各學(xué)科之間出現(xiàn)的非平衡相變,發(fā)現(xiàn)盡管不同系統(tǒng)的子系統(tǒng)是千差萬別的,但它們在非平衡相變的演化過程中卻遵從著相同或相似的微分方程.由此,哈肯得出了相變過
4、程和子系統(tǒng)性質(zhì)無關(guān)的重要結(jié)論,并總結(jié)出物理化學(xué)系統(tǒng)中許多組織得很好的空間結(jié)構(gòu)、時(shí)間結(jié)構(gòu)或空-時(shí)結(jié)構(gòu)都是從無序產(chǎn)生的.哈肯以概率論、隨機(jī)理論為基礎(chǔ),闡明了大量無規(guī)律事件所遵從的必然規(guī)律,并于1970年在斯圖加特大學(xué)冬季學(xué)期演講中首次引入了協(xié)同學(xué)的概念.協(xié)同學(xué)在研究無序和有序轉(zhuǎn)化規(guī)律時(shí),采用了當(dāng)代最先進(jìn)的理論方法和數(shù)學(xué)方法,如信息論、控制論、非平衡統(tǒng)計(jì)等.同時(shí),協(xié)同學(xué)也有自己一系列的基本概念和基本方法,從而形成一個科學(xué)的體系.!協(xié)同學(xué)用概率論和統(tǒng)計(jì)方法,把有序和無序變化的偶然性與必然性加以統(tǒng)一,從大量的偶然性中尋求這種變化的規(guī)律;?協(xié)同學(xué)用系統(tǒng)
5、的結(jié)構(gòu),也叫序度(在協(xié)同學(xué)中相應(yīng)的參量稱為序參量)的概念和方法,來描述事物有序和無序的變化.知道了系統(tǒng)的序度,就可以確定系統(tǒng)的秩序狀態(tài);#協(xié)同學(xué)還試圖用各種數(shù)學(xué)模式,描述有序和無序轉(zhuǎn)化的不同類型,通過對不同數(shù)學(xué)方程求解,從而定量地描述有序和無序的轉(zhuǎn)化.在系統(tǒng)演化過程中,隨著控制變量的變化,越過臨界點(diǎn),其中的一個序參量占主導(dǎo)地位,單獨(dú)決定系統(tǒng)的宏觀結(jié)構(gòu).這時(shí)系統(tǒng)的有序,又是各子系統(tǒng)之間協(xié)同產(chǎn)生的高一級有序.在各個參量當(dāng)中,有的參量從非平衡回到基金項(xiàng)目:山東省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(批準(zhǔn)號:Z2003F02)收稿日期:2005?04?0314青
6、島理工大學(xué)學(xué)報(bào)第27卷平衡的時(shí)間,即馳豫時(shí)間較短,有的則較長,較長的一個就是主要序參量.從根本上來說,序參量的演化規(guī)律就代表著系統(tǒng)的總體演化規(guī)律.2混凝土受壓構(gòu)件的協(xié)同學(xué)損傷機(jī)理2.1序參量方程的建立圖1直觀地描述了混凝土單軸受壓破壞過程.混凝土受力前(=0),在較大粗骨料的界面就存在初始[2][2]微裂紋.受力后直到極限荷載,混凝土內(nèi)的微裂紋逐漸增多和擴(kuò)展,可分為3個階段:圖1用X光觀測的混凝土單軸受壓的過程(1)微裂紋的相對穩(wěn)定期(/max<03~05).混凝土壓應(yīng)力較小,垂直于加載方向的裂紋逐漸受壓而閉合,而平行于加載方
7、向的裂紋還沒來得及擴(kuò)展,體積隨壓應(yīng)力增大而減小,保持穩(wěn)定.(2)穩(wěn)定裂紋發(fā)展期(/max<075~09).隨壓應(yīng)力增大,原有的粗骨料界面裂縫逐漸延伸和增寬,其它骨料界面又出現(xiàn)新的粘結(jié)裂縫.一些界面裂縫的伸展,漸次的進(jìn)入水泥砂漿;水泥砂漿中原有裂縫處的應(yīng)力集中將砂漿拉斷,產(chǎn)生少量微裂縫.這一階段,混凝土內(nèi)微裂紋發(fā)展較多,體積開始恢復(fù).但是當(dāng)荷載不再增加,微裂縫的發(fā)展亦將停滯,體積仍然保持穩(wěn)定.(3)不穩(wěn)定裂紋發(fā)展期(/max>075~09).混凝土在更高的應(yīng)力作用下,粗骨料的界面裂縫突然加寬和延伸,大量的進(jìn)入水泥砂漿;水泥砂漿中
8、已有的裂縫也加快發(fā)展,并和相鄰的粗骨料界面相連.這些裂縫逐個連通,構(gòu)成大致平行于壓應(yīng)力方向的縱向劈裂裂縫,發(fā)生失穩(wěn).在這一階段,垂直于加載方向的裂紋的占位體積參量漸
