基于混凝土应力_应变关系的正交各向异性损伤模型及其应用.pdf

水科学与工程技术!# 年第 $ 期 ! 引言 混凝土是坝工中应用广泛的工程材料之一，是由粗 骨料、细骨料和水泥浆构成的，细骨料和水泥浆又组成砂 浆，将粗骨料粘结起来。混凝土在结硬后，水泥浆中已水化 部分、未水化的水泥颗粒以及空气和水等所占的比重随龄 期而变化，未水化部分逐渐减小而水化部分逐渐增多。水 化的水泥浆由针状或页片状纤维组成。纤维不是实心的， 而呈微细的管状，所以水泥浆孔隙率很高，约达%。混凝 土的破坏是由内部开裂的微裂缝逐渐发展的结果，破坏只 是裂缝发展过程的最后阶段，而要真正描述混凝土的各种 性能，就要研究其内部的微裂缝的演化规律，即进行混凝 土的损伤力学分析。 基于混凝土规范推荐的单轴应力应变关系曲线，结 合损伤力学，推导了单轴损伤演化方程。并结合混凝土材 料的五参数破坏准则，采用等效单轴方法将单轴损伤演化 方程推广到三维损伤演化方程。同时，采用’()*语言实现 其程序化。通过对混凝土试块的数值计算，得到了与试验 一致的结果，并对溪洛渡混凝土拱坝做了简要分析。 正交异性损伤模型 #! 损伤变量 采用有效面积的减小来定义损伤变量。由于微裂纹 和微孔洞的存在，微缺陷所导致的微应力集中以及缺陷的 相互作用，有效承载面积由’减小为’。如假定这些微裂纹 和微孔洞在空间各个方向均匀分布，与法向无关，这时可 定义各向同性损伤变量)为： !（#$%） % （+） 基于混凝土应力 - 应变关系的 正交各向异性损伤模型及其应用 闫晓荣，林 皋 （大连理工大学 土木水利学院，辽宁大连 ++,!$） 文章编号：+,-!.//（!#）$.%/.$ 摘 要：基于混凝土规范推荐的单轴应力应变关系曲线，结合损伤力学，推导了损伤演化方程。结合混凝土材料的五参数破坏准 则，采用等效单轴方法可将单轴损伤演化方程推广为三维情况，建立计算模型，最后，采用 ’()* 语言实现了程序化。通过对多种 条件下混凝土试块的数值计算，得到了与试验比较一致的结果。对溪洛渡高拱坝进行计算的结果很合理。由于模型所需的计算参 数少，同时又能比较准确地反映混凝土材料的损伤程度，因此便于工程应用。 关键词：混凝土；损伤演化；正交各向异性损伤模型 中图分类号：01%! 文献标识码：2 $% $%’()*(+, -./.01 2(314 (5 6(%,*1)1 7.’13 (% 2.)1*.4 8)*1’’98)*.% :14.)(%’;+ .%3 )’ $++4,.)(% 3’4 5678.98:;，*4 =78 （’()**+ *, (-.-+ / )01234+-( 567-6552-678!3+-36 46-.529-:0 *, :5()61*708!3+-36++,!$8;)-63） $’)*.,)= 27?@ 8: AB? C:67D67E A9?.A976: 9?E7A68: 9?F8GG?:@?@ HI )?6;: J8@? K89 J8:F9?A? A9CFAC9? L=2 #+.!!MN @7G7;? ?O8ECA68: ?PC7A68: 79? Q9??:A?@ C6:; AB? F8:F?QA 8K F8:A6:CCG @7G7;? G?FB7:6FR : AB? K97G?S89T 8K 7 G8@6K6?@ K6O?.Q797G?A?9 K76EC9? F96A?968:N AB?? @7G7;? ?PC7A68: 79? ?DA?:@?@ A8 %) Q7F? Q98HE?G 7FF89@6:; A8 AB? ?PC6O7E?:A C:67D67E 7QQ987FBR U6:7EEINAB? Q98Q8?@ G8@?E 6 AB?: Q98;97GG?@ S6AB ’()*R 4CG?96F7E 7:7EI? 8K F8:F9?A? 7GQE? CHV?FA?@ A8 AB9??.@6G?:68:7E E87@6:; F8:@6A68: B7O? H??: F7996?@ 8CAR J8GQCA7A68:7E 9?CEA 7;9?? S?EE S6AB AB8? 8K ?DQ?96G?:AR ’:7EI? 8K 56EC8@C 79FB @7G 7E8 ;6O? 9?78:7HE? 9?CEAR 0B8C;B AB? Q98Q8?@ G8@?E 6 9?E7A6O?EI 6GQE?N 6A 9?KE?FA 7QQ98Q967A?EI AB? @7G7;? E?O?E 8K F8:F9?A? G7A?967E 7:@ 6A 9?PC69? E? F8GQCA7A68:7E Q797G?A?9N 8 6A G7I H? F8:O?:6?:AEI C?@ K89 ?:;6:??96:; QC9Q8?R 1? @(*3’= F8:F9?A?；@7G7;? ?