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收稿日期 :2006‐02‐21 ;修改稿收到日期 :2007‐08‐20畅
基金项目 :国家自然科学基金(50179002)资助项目 畅
作者简介 :王怀亮
倡
(1979‐) ,男 ,讲师
(E‐mail :w h12003_2002@ tom .com) ;
宋玉普(1944‐) ,男 ,教授 ,博士生导师 畅
第25卷第2期
2008 年 4 月
计 算 力 学 学 报
Chinese Journal of Computational Mechanics
Vol .25 ,No .2
April 2008
文章编号 :1007‐4708(2008)02‐0218‐06
混 凝 土 的 弹 塑 性 损 伤 双 面 本 构 模 型
王怀亮
倡 1 ,2
, 宋玉普
2
(1 .大连大学 建工学院 ,辽宁 大连 116022 ;2 .大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室 ,辽宁 大连 116024)
摘 要 :针对混凝土材料拉压应变空间下损伤机制的不同 ,结合连续损伤力学和塑性理论建立了一个全新的本
构模型 。 该模型中损伤和塑性变形的演变由应变空间的同一个非弹性曲面来控制 ,但对拉压应变空间中非弹性
曲面的演变分别采用了随动强化法则和各向同性演化规律 。 计算结果表明 ,该模型能较好地描述混凝土材料
在单轴及多轴单调加载和低周反复荷载下的典型非线性特征 。
关键词 :混凝土 ;塑性损伤模型 ;刚度退化 ;非线性分析
中图分类号 :TV642 .2 文献标识码 :A
1 引 言
混凝土本构关系是混凝土结构非线性分析的
基础 ,对混凝土本构关系的深入研究可使结构分析
更精确合理 ,结构更安全可靠 ,且更经济 ,具有极大
的工程意义 。 大量的试验
[1 ,2]
证明混凝土的非线
性是两大主要的能量耗散机制的结果 。 即内部微
裂缝的演变和塑性屈服流动 ,塑性流动将产生不可
恢复的塑性变形 ,微裂缝的扩展则引起了混凝土的
刚度降低和应变软化 。 由于这两方面的结合和变
化 ,混凝土具有典型非线性特征 :① 单向拉 、压时 ,
拉 、压性能差异大 ,拉和压强度显著的不同 ;② 体积
变形效应 ;③ 卸载/再加载曲线有滞回现象 ;④ 侧压
对拉压强度有明显的影响 ;⑤ 剪胀现象 。
基于以上分析结果 ,本文建立了一种简化了的
弹塑性损伤双面本构模型 ,该模型基于应变公式的
形式 ,将损伤力学理论与塑性理论相结合 ,为受拉
空间和受压应变空间分别提出了不同的非弹性分
界面 ,两个损伤面具有不同的演变规律 ,最后通过
对经典试验的数值验证证明了该模型能够很好地
描述各种加载条件下混凝土所具有的上述典型非
线性特征 。
2 拉压应变空间内混凝土的微观
损伤机制
本文假定初始状态下的混凝土材料在宏观上
是匀质的 ,在加载过程中 ,只有两种微观机制影响
混凝土的宏观本构响应 :微裂缝的开裂 、扩展和交
汇以及微裂缝界面的摩擦滑动 ,这两种机制非常复
杂并且不相互独立 。 下面从拉压两个过程来分析
这两个微观机制的作用 。
在拉伸荷载作用下 ,如图 1 所示 ,受拉损伤破
坏面由 I 型张开裂缝发展形成 ,并且所有裂缝面的
法向平行于所施加的应力 ,随着拉应力的增大 ,所
有微裂缝开始汇合 ,最后形成一条贯穿试件的宏观
裂缝 。图 1A B 段为加载的峰后段 ,在此区段 ,主应
变的方向上发生了刚度退化的现象 ,并且产生了永
久变形 ;卸载至 C ,再重新加载到 B ,即使总应力和
应变恢复到了卸载前的值 ,损伤和塑性变形也是不
可恢复的 ;当再反向加载受压时 (CD 段) ,则恢复
至原来的刚度 。我们可以看出受拉情况下 ,材料具
有以下特征 :
(1) 对初始各向同性材料 ,方向 2 的强度和刚
度不受加载方向 1 上强度和刚度退化的影响 。
(2) 当应力由拉应力变为压应力时 ,裂缝将闭
合 ,刚度也将恢复 。
(3) 对初始状态为匀质材料的混凝土来讲 ,卸
载时将留下一些永久变形 。
(4) 峰后变形局部化 ,具有应变软化现象 。
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