浅谈混凝土的本构关系

合集下载

混凝土随机损伤本构关系

混凝土随机损伤本构关系

混凝土随机损伤本构关系一、引言混凝土是一种常用的建筑材料,由于其优异的性能,在建筑工程中应用广泛。

然而,混凝土在使用过程中会遭受多种力学作用,从而导致各种损伤和破坏。

因此,了解混凝土的本构关系对于预测混凝土结构在实际工程中的行为至关重要。

二、混凝土随机损伤本构关系的定义混凝土随机损伤本构关系是指在给定载荷下,考虑材料内部微观结构和力学作用等因素,描述混凝土在不同破坏阶段下的应力-应变关系及其变形能耗特征。

三、混凝土随机损伤本构关系的研究方法1.试验方法:通过对混凝土试件进行拉压等静态或动态加载试验,获取其应力-应变曲线及其变形能耗特征。

2.数值模拟方法:利用有限元分析软件对混凝土进行数值模拟,并根据试验结果进行参数校正。

四、混凝土随机损伤本构关系的表达式1.线性弹性本构关系:当混凝土处于弹性阶段时,其应力-应变关系可以用线性弹性本构关系来描述。

2.非线性本构关系:当混凝土处于塑性或损伤阶段时,其应力-应变关系需要用非线性本构关系来描述。

常用的非线性本构模型有:Drucker-Prager模型、Mohr-Coulomb模型、Hoek-Brown模型等。

五、混凝土随机损伤本构关系的影响因素1.材料特性:混凝土的成分、配合比、强度等特征会影响其随机损伤本构关系。

2.试验条件:试验温度、湿度、加载速率等条件也会对混凝土随机损伤本构关系产生影响。

3.加载方式:不同的加载方式(拉压、剪切)对混凝土随机损伤本构关系也会有不同的影响。

六、混凝土随机损伤本构关系在工程中的应用1.结构设计:通过对混凝土随机损伤本构关系进行分析,可以预测结构在实际工程中的行为,从而指导结构设计。

2.材料选型:通过对不同混凝土材料的随机损伤本构关系进行比较,可以选择合适的材料用于特定工程。

3.结构维护:通过对混凝土随机损伤本构关系进行监测,可以及时发现结构的损伤情况,并采取相应措施进行维护。

七、总结混凝土随机损伤本构关系是描述混凝土在不同破坏阶段下的应力-应变关系及其变形能耗特征的重要参数。

混凝土的本构关系

混凝土的本构关系

混凝土的本构关系摘要:本构关系,即应力张量与应变张量的关系。

在分析混凝土本构关系时,模型的选择是一个重要问题,不同的模型对应的精度都不相同且会产生不同程度的误差。

本文对混凝土本构模型的发展进行了简要回顾,综述了本构关系研究现状,并简述了部分算法尚待解决的问题。

关键词:混凝土本构关系;力学模型1 前言工程材料的本构关系是材料的物理关系,是受力全过程中材料力和变形关系的概括,是材料内部微观机理的宏观行为表现,是结构强度和变形计算中必不可少的根据。

多年来,众多学者一直在寻求一种能反应混凝土工作机理的本构关系模型,迄今已取得了许多突破性的研究成果,建立了一系列不同的本构关系模型,然而,由于问题本身的复杂性,目前所建立的各类模型尚存在这样或那样的问题。

对混凝土结构进行有限元分析的实践表明,误差的主要来源是所选用的混凝土本构模型不能很好地描述材料的本构行为,因此对混凝土本构关系进行更精确的研究十分必要。

2 混凝土的本构关系模型研究现状现有的本构关系模型一般可分为以下几类:(1)以弹性力学为基础的模型;(2)以塑性力学为基础的模型;(3)塑性一断裂模型;(4)以不可逆热力学为基础的模型;(5)内时理论模型。

2.l 以弹性力学为基础的模型(l)线弹性模型这种模型最早应用于混凝土结构的分析中,能较好地描述混凝土受拉时的工作性能,对其它受力情况只适于初始受力状态。

这是最初的模型,随着对混凝土材料的不断认识,该理论已不能满足混凝土分析的要求。

(2)非线性弹性模型分为三种:Cauchy型、Green型及Incremental型。

Cauchy型认为应力只依赖于应变,与变化路径无关,根据以上概念所建立的模型是违背能量守恒定律的。

Green型模型能满足能量守恒定律,且能描述混凝土的非线性、膨胀、应力引起的各向异性,但由于材料常数太多很难确定。

Incremental型模型认为材料的力学性能不仅与此时的应力和应变状态有关,而且还与达到此应力状态的变化路径有关。

混凝土本构关系总结

混凝土本构关系总结

作业1:总结典型的混凝土本构模型类型,并就每种类型给出有代表性的几个模型按照力学理论基础的不同,已有的本构模型大致分为以下几种类型:以弹性理论为基础的线弹性和非线性弹性本构模型;以经典塑性理论为基础的弹全塑性和弹塑性硬化本构模型;用内时理论描述的混凝土本构模型等。

1、 混凝土单轴受力应力—应变关系1.1 混凝土单向受压应力—应变关系 1、 saenz 等人的表达式saenz 等人(1964年)所提出的应力—应变关系为0230000=1(2)(21)()()S E E E εσεεεαααεεε++---+1Eu u1E 图1 混凝土单轴受压应力--应变关系2、 Hognestad 的表达式Hognestad 建议的模型,其应力—应变曲线的上升段为二次抛物线,下降段为斜直线,如图2所示,表达式为2000=[2()]εεσσεε- 0εε≤ 000=[1-0.15()]cu εεσσεε-- 0cu εεε≤≤uu图2 Hognestand 建议的应力--应变关系3、 GB50010—2002建议公式我国《混凝土结构设计规范》所推荐的混凝土轴心受压应力—应变关系为01εε≤(上升段)3000[(32)(2)()]aa a εεσααασεε=+-+- 01εε>(下降段) 00200/(-+c εεσσεεαεε=1)式中,a α表示应力—应变曲线的上升段参数;c α为下降段参数。

4、 CEB —FIP 建议公式CEB —FIP 模式规范建议的单轴受压应力—应变关系为20000(/)(/)1(2)(/)k k εεεεσσεε-=+-式中,k 为系数,00(1.1)(/)C k E εσ=,C E 为混凝土纵向弹性模量。

2、混凝土非线性弹性本构模型1、 混凝土非线性弹性全量型本构模型当材料刚度矩阵[]D 用材料弹性模量E 和泊松比ν表达,则为全量E-ν型;如果材料的刚度矩阵[]D 用材料模量K 和剪变模量G 表达,则为全量K —G 型。

钢筋混凝土受拉构件常见的本构关系

钢筋混凝土受拉构件常见的本构关系

钢筋混凝土受拉构件常见的本构关系发布时间:2021-09-09T13:48:22.807Z 来源:《基层建设》2021年第17期作者:陈家川[导读] 摘要:在实际工程中经常会遇到钢筋混凝土受拉构件,例如在风荷载或地震荷载作用下的高层建筑的低层角柱,工业厂房吊车荷载作用下的双肢柱的拉杆等。

广州大学土木工程学院广东广州 510006摘要:在实际工程中经常会遇到钢筋混凝土受拉构件,例如在风荷载或地震荷载作用下的高层建筑的低层角柱,工业厂房吊车荷载作用下的双肢柱的拉杆等。

由于混凝土受拉构件受力分析简单,构件破坏明显,确定构件的承载力并不困难,所以针对受拉构件的试验和理论研究并不多,但受拉部分是整个混凝土结构体系中不可或缺的部分。

本文列举了常见的几种本构关系,并进行了相关分析。

关键词:钢筋混凝土受拉;研究进展;本构关系;1 引言混凝土是一种抗压强度高而抗拉强度很低的材料,通常在结构中作为承压构件,其抗拉强度一般只达到抗压强度的1/18~1/8。

为了能够充分利用材料,一般在混凝土中加入抗拉能力很强的钢筋,并使两种材料有机结合成一个整体,由钢筋承受拉力,混凝土承受压力,能够大大提高构件的承载能力。

由于混凝土的抗拉能力不强,对于大多数的设计和分析来说都可以忽略不计。

但混凝土的抗拉强度对构件抵抗变形和裂缝的能力影响很大,是混凝土最基本的力学性能指标之一。

2 国内外钢筋混凝土受拉研究进展钢筋混凝土起源于19世纪中期,距今己有150年的历史。

随着钢筋混凝土结构的应用和发展,钢筋混凝土计算理论也随之出现,并逐渐发展成熟。

直到20世纪初,钢筋混凝土结构的内力计算和截面设计都是依照弹性理论,采用容许应力计算方法,以材料强度除以一定安全系数的方法保证结构的可靠度;20世纪30年代以后,出现了考虑钢筋混凝土塑性性能的破坏阶段计算方法,但仍然采用单一的安全系数;20世纪50年代以后,出现了极限状态计算法,将单一的安全系数分为荷载系数、材料系数、工作条件系数,又称“三系数法”;20世纪70年代后,随着概率论、可靠度理论的应用,极限状态设计方法逐步得到完善,出现了概率极限状态计算法。

关于混凝土本构关系的初步探讨

关于混凝土本构关系的初步探讨

关于混凝土本构关系的初步探讨摘要:简要介绍了混凝土本构关系的几种类型,以及常用的的几种方法对混凝土本构关系的研究,对目前混凝土本构关系研究中存在的问题进行了简要阐述,并对出现的问题进行了初步分析,指出其力学特性的研究对合理充分发挥材料自身强度、提高设计水平、保障工程安全、降低投资成本具有十分重要的意义。

关键词:混凝土;本构关系;探讨1概述混凝土是一种在生产实际中广泛应用的建筑材料,随着现代科学技术水平的发展和生产力的提高,混凝土的应用范围已经由单纯的房屋建筑结构衍生到大体积混凝土重力坝及拱坝、高流速泄水建筑物、高海拔严寒地区大体积建筑物、强侵蚀环境等复杂应力环境下工作的结构,所有这些都给建立混凝土的本构关系带来困难。

2混凝土的本构关系目前不同的混凝土本构模型不下几十种所根据的理论框架不同,即使采用同一种理论框架,其确定参数的方法也不相同。

按现有的本构模型基本上可以分成四大类,即线弹性模型、非线性弹性模型、塑性理论模型以及其它力学理论的本构模型。

在这些本构模型中,有些是以成熟的力学体系,例如弹性理论或弹塑性理论等的视点和方法作为基础,有些则是借助新兴的力学分支,例如粘弹一塑性理沦、内时理沦、断裂力学、损伤力学等概念,结合混凝土材料特点推演而得。

还有些则是以混凝土多轴试验数据为依据,进行概括和回归分析后得到。

2.1基于弹性理论的本构模型弹性理论的本质特征是应力应变关系有一一对应关系,其中最简单的是线弹性关系。

这种关系对一次加载到破坏的分析是很实用的,因一次加载的极限承载力是工程师最关心的,因而这种本构关系在实际结构的分析中应用很广。

2.2非线弹性本构模型该本构模型是属于经验型的,它适用于单调加载和混凝土受压区处于非线性变形阶段。

这类本构模型有两种形式,一是全量式应力应变关系,采用不断变化的割线模量,另一类是增量式、厂应变关系,采用不断变化的切线模量。

非线弹性本构模型有代表性的为Ottosen,的全量式本构模型,Darwin-Peknold增量式的本构模型,和Gerstle-Stankowski的藕合本构模型。

钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式共3篇

钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式共3篇

钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式共3篇钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式1钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式钢筋混凝土是建筑结构中广泛使用的材料之一。

在结构设计与分析过程中,了解钢筋混凝土的本构关系和有限元模式是十分重要的。

本文将从理论和实践两个层面介绍钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式。

一、理论基础1.1 本构关系本构关系是描述材料应力和应变之间关系的数学模型。

对于钢筋混凝土结构来说,其本构关系可以分为弹性和塑性两个阶段。

如图1所示,该曲线表现了材料的应变和应力之间的关系。

在开始阶段,钢筋混凝土材料表现出弹性行为,即在一定范围内,应变和应力呈线性关系,在这个范围内,应力的变化只取决于外力的变化。

当荷载增加时,材料进入塑性阶段,即出现残余变形,弹性不再适用。

此时,应变和应力的关系呈现非线性态势,应力会逐渐增大,直至材料失效。

图1 钢筋混凝土的本构关系曲线1.2 有限元分析有限元分析是一种近似解微分方程的数值分析方法。

该方法将问题分解成一个有限数量的小区域,在每个小区域内建立数学模型,通过连接小区域,组成总体的数学模型。

对于钢筋混凝土结构的有限元分析,可以采用三维有限元模型或二维\轴对称有限元模型等。

二、实践操作2.1 有限元模型的建立在进行有限元分析前,需要建立合适的有限元模型。

在钢筋混凝土结构的有限元分析中,通常采用ABAQUS、ANSYS软件进行模拟。

有限元模型的建立需要考虑结构的几何形状、材料特性、加载条件等,在模型建立的过程中需要进行模型分析和后处理,如应力监测、应变监测、变形量分析等。

2.2 本构关系的采用在建立有限元模型时需要设置材料弹性模量、泊松比、破坏应力等本构关系参数,这些参数可以通过试验数据和经验公式进行估算。

同时,基于实际结构的材料本身的特性和结构内力状态等影响因素,还需要考虑材料的非线性效应,包括弹塑性分析和的动力分析等。

三、应用现状在实际的建筑结构设计和分析中,钢筋混凝土结构的有限元分析被广泛采用,可以帮助工程师更加准确地预测材料的行为,并定位结构的破坏点及应急防御措施。

混凝土的本构关系简介及各受压应力应变全曲线比较

混凝土的本构关系简介及各受压应力应变全曲线比较

混凝土的本构关系简介及各受压应力应变全曲线比较一:学术风格正文:一、混凝土的本构关系简介混凝土是一种常用的结构材料,其力学性能的研究对于结构设计具有重要意义。

混凝土的本构关系是指材料的应力应变关系,描述了材料在受力作用下的变形行为。

混凝土的本构关系的研究有助于理解混凝土的力学性能,指导结构的设计与施工。

二、混凝土的受压应力应变全曲线比较1. 弹性阶段:混凝土在受力初期表现出线弹性行为,即应力与应变成正比关系。

这个阶段称为弹性阶段,其应力应变关系呈线性。

2. 塑性阶段:当混凝土受力达到一定程度时,开始出现非线性变形,应变的增加速度逐渐减缓。

这是由于混凝土内部的微观结构发生破坏,颗粒间的强度开始减小,导致整体应变增加。

3. 屈服阶段:当应力进一步增加,混凝土达到一定的应变时,开始出现明显的应力下降。

这个阶段称为屈服阶段,将塑性应变较小的一部分与显著的应力下降相连系。

此时,混凝土内部产生裂缝,并且裂缝的增长加速。

4. 破坏阶段:当应力继续增加,混凝土出现明显的破坏现象。

一般表现为裂缝的扩展、混凝土的脱层或破碎等。

此时,混凝土已经失去了承载能力。

附件:本文档涉及的附件包括混凝土本构关系的实验数据、各受压应力应变全曲线的比较图表等。

法律名词及注释:1. 本构关系:材料力学中,描述材料应力应变关系的数学模型。

2. 弹性阶段:材料在受力初期表现出线弹性行为,即应力与应变成正比关系的阶段。

3. 塑性阶段:材料在经历弹性阶段后出现非线性变形,应变的增加速度逐渐减缓的阶段。

4. 屈服阶段:材料在达到一定应变时出现明显的应力下降的阶段。

5. 破坏阶段:材料在经历屈服阶段后出现明显的破坏现象,失去承载能力的阶段。

二:商务风格正文:一、混凝土的本构关系简介混凝土是一种广泛应用于建筑工程中的材料,对于了解混凝土的力学性能具有重要意义。

混凝土的本构关系是指材料在受力作用下的应力应变关系,是研究混凝土力学性能的基础。

二、混凝土的受压应力应变全曲线比较1. 弹性阶段:在混凝土的受力初期,材料表现出弹性行为,即应力与应变成正比关系。

混凝土的动力本构关系和破坏准则

混凝土的动力本构关系和破坏准则

混凝土的动力本构关系和破坏准则混凝土是一种由水泥、砂、骨料和水混合而成的建筑材料,具有很好的耐久性和强度。

在设计混凝土结构时,了解混凝土的动力本构关系和破坏准则是非常重要的,因为它们直接影响着结构的性能和安全性。

混凝土的本构关系可以分为线性和非线性两种情况。

在弹性阶段,混凝土的应力-应变关系是线性的,即应力和应变之间呈现直线关系。

这是因为在这个阶段,混凝土的变形是可逆的,应力与应变成正比。

然而,当混凝土受到较大的载荷时,它会进入非弹性阶段,这时应力-应变关系就变得非线性。

这是由于混凝土内部发生了裂缝、塑性变形和损伤,导致了非线性的应力-应变关系。

在非弹性阶段,混凝土的刚度也会发生变化,即切应力与切变应变之间的关系不再是线性的。

为了描述混凝土的非线性行为,工程界提出了许多数学模型,如弹塑性模型、退化本构模型、损伤本构模型等。

这些模型基于试验数据和理论,通过适当的参数来描述混凝土在不同应力条件下的本构行为,从而可以用来分析和设计混凝土结构的性能。

除了动力本构关系,混凝土的破坏准则也是设计中必须考虑的因素之一、破坏准则描述了混凝土在受载过程中破坏的方式和破坏标志,可以用来评估结构的安全性。

常见的混凝土破坏准则包括:1.极限强度破坏准则:这是最常用的破坏准则之一,它基于混凝土的强度特性来评估结构的破坏。

根据该准则,当混凝土受到的应力超过其极限强度时,破坏就会发生。

2.临界应变破坏准则:这个准则基于混凝土的应变特性来评估结构的破坏。

根据该准则,当混凝土的应变达到一定的临界值时,破坏就会发生。

3.裂缝宽度破坏准则:这个准则关注混凝土内部的裂缝情况,当裂缝宽度超过一定的限值时,破坏就会发生。

不同的破坏准则适用于不同的结构和加载条件,工程师需要根据具体情况选择合适的破坏准则来评估结构的安全性。

总之,混凝土的动力本构关系和破坏准则是设计和评估混凝土结构时必须考虑的重要因素。

通过了解混凝土的材料性质和行为规律,工程师可以更好地设计和预测混凝土结构在受载过程中的性能和安全性。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

浅谈混凝土的本构关系Y摘要:混凝土是一种广泛应用的材料,其力学特性的研究对充分发挥材料强度、提高设计水平、降低工程造价具有十分重要的意义。

本文简要回顾了混凝土本构关系的发展,系统的介绍了混凝土本构关系理论模型的研究现状,总结了在特定环境下混凝土本构关系的新成果,并对目前混凝土本构关系研究中存在的问题进行了阐述,最后对混凝土本构关系的发展进行了展望。

关键词:混凝土;本构关系;新成果;问题;展望混凝土因其所具有的许多优点(如可根据不同要求配制各种不同性质的混凝土、可模性好、硬化后具有抗压强度高和耐久性良好等特性,与钢筋之间有比较牢固的粘结力、能制作钢筋混凝土结构和构件,其组成材料中砂、石等地方材料占80%以上,符合就地取材和经济的原则等)已成为现今土木工程中应用最广泛的建筑材料之一。

混凝土是由胶凝材料(水泥等)、骨料(砂、石等)和水以及其它组分(外加剂、掺合料等)按适当的比例配合,拌制成混合物,经过一定时间硬化而成的,因此混凝土的综合力学和物理性质既取决于其各组分的性质、配合比以及各相之间力学、物理或化学的相互制约机理等要素又与制作工艺(搅拌、成型、养护等)和周围环境等均有关系。

就力学特性而言混凝土材料与相对比较均匀的金属材料相比要复杂得多。

在传统的混凝土结构分析中,由于受到计算能力的限制,以及对材料本身性能了解不足,对构件与结构分析一般在线弹性范围内进行,而早期的混凝土构件与结构相对比较简单,因此这种分析方法在当时起到了一定的作用。

但是随着混凝土在复杂结构中的广泛应用,需要对结构进行比较精确的分析。

这时简单但比较粗糙的线弹性本构模型的局限性显露了出来。

电子计算机的飞速发展与计算理论的发展不仅使复杂的空间形式所带来的计算困难得到解决,也使得尽管复杂但精确的本构模型的应用成为可能。

因此,本文对混凝土本构关系的发展进行了简要回顾,综述了本构关系研究现状以及新成果,提出了目前尚需解决的主要问题和今后发展方向。

1 混凝土本构研究的历史真正现代意义上的混凝土本构关系研究可以说是1943年Whitney所进行的混凝土受压全过程的实验研究,他利用刚性实验机得到了混凝土极限强度后的软化阶段,从而认识到混凝土的软化后强度特性。

20世纪50年代随着连续介质力学及不可逆热力学的发展,系统的材料本构理论研究兴起,由此产生了混凝土的经典塑性模型、非线性弹性模型、非经典塑性模型和损伤本构模型等众多研究成果。

至今,实际工程中应用最广泛的还是源自实验、计算精度有保证、形式简明和使用方便的非线弹性类本构模型。

2 现有混凝土本构关系模型2.1 线弹性类本构模型线弹性类本构模型是以弹性力学为基础的模型,当混凝土无裂缝时,将混凝土看成线弹性匀质材料而采用线弹性本构模型.虽然混凝土的变形特性是非线性的,但在一些特定的情况下(比如描述混凝土受拉时的工作性能),采用线弹性类本构模型进行分析还是有足够的精度的.其线弹性本构关系可用广义虎克定律来表示:kl ijkl ij C ∈=σ式中,ijkl C 为材料弹性常数,为四阶张量,共有81个常数。

按照材料假设的不同,又可分为各向异性本构模型,正交各向异性本构模型,各向同性本构模型等,其中ijkl C 根据材料的不同而变换。

2.2 塑性理论类本构模型塑性理论类本构模型是以塑性流动理论为基础,考虑混凝土加载路径和混凝土的硬化而导出的本构模型,在混凝土的应力——应变全曲线中,有上升段和下降段。

自从Drucker 公设和' yushin 公设出现之后,经典塑性力学得到飞速发展,混凝土塑性力学模型也是基于这些公设建立的。

以塑性理论为基础的混凝土本构模型,在对其加载面,包括初始屈服面,后续加载面和破坏包络面等特征面的研究中,这些特征面若以应力空间来表示时,当应力达到屈服后,材料发生应力松弛;若以应变空间表示时,当应变达到松弛面后,材料发生应力松弛。

基于应力状态屈服面或破坏包络面的塑性理论类型的本构模型有弹性——全塑性模型、线弹性——硬化塑性——断裂模型等;基于松弛面的塑性理论类型的本构模型有塑性模型、塑性断裂模型、硬化断裂模型等。

所有这些模型所做的假设与混凝土的实际性能还存在很大的差别,而且模型的表达式和计算均较复杂,目前还不便于应用。

2.3 其它力学理论类的本构模型除了以弹性理论和塑性理论为基础的混凝土本构模型以外,许多学者还以新型交叉的力学分支的理论为基础研究混凝土的本构模型。

2.3.1 以粘弹——塑性理论为基础的模型由于混凝土有蠕变性能,因而有些学者采用粘弹性和塑弹性的理论来建立混凝土的本构关系模型。

这种模型的实现需建立三种基本力学元件,即弹性元件(弹簧),塑性元件和粘性元件(阻尼器),然后将这三种元件进行适当组合即成为不同的本构模型。

当将弹性元件和塑性元件串联,便构成理想弹塑性本构模型;当将两者并联,则成为刚性——强化本构模型;当两者并联后再串联一个弹性元件,便成为弹性——强化本构模型,等等。

各元件的力学参数由具体材料试验确定。

目前,应用较多的还是一维蠕变分析。

岩土工程的三维粘弹性分析,已将岩土的本构关系导出,而混凝土与岩土有许多相似之处,故在建立混凝土材料的粘弹性或粘塑性关系时可以参考岩土的本构关系。

2.3.2 内时理论模型内时理论模型最初由Valanis于1971年提出,其基本概念为:塑性和粘塑性材料内任一点的现时应力状态是该点整个变形领域内和温度历史的泛函,而特别重要的是该历史是用一个取决于变形中的材料特性和变形程度的内时(intrinsic time)来量度的。

这种模型采用了非弹性应变能逐渐积累的方法而不需考虑塑性理论中的屈服面和流动法则,所以该理论尤其适合没有屈服面的混凝土材料。

由于内时理论能描述混凝土的复杂变形的历史,因而为各国学者所重视。

但由于表达式过多,确定参数又不容易,所以对其推广和应用仍需做许多工作。

2.3.3 连续损伤理论模型这种模型是将研究金属徐变的损伤理论与断裂理论结合起来应用于混凝土而建立的混凝土损伤断裂本构模型。

基于损伤机理的本构模型是有物理意义和以试验为基础的,且有较好的力学基础;但由于这种理论建立的本构矩阵为非对称本构矩阵,且不是无条件稳定的,故也很难在实际中应用。

2.3.4 其他除了上述模型外,还有以多种理论相结合导出的混凝土的本构模型,例如,塑性——断裂模型、塑性——损伤模型、内时损伤模型等等。

以各种力学分支为基础而建立的混凝土本构模型,大多是从原理论的概念出发,对混凝土的力学性能做了适当的假定,再用已有的方法导出相应的模型表达式。

但这些模型的数学表达式较复杂,不易计算,其假定与混凝土的实际性质仍有较大的差别,目前还很难应用于结构分析。

2.4 非线弹性类模型非线弹性类本构模型是根据混凝土多轴试验数据进行总结、归纳,经过回归分析而得出的模型。

因为这类模型形式简单,使用方便,而且经过实验证明是有足够精度的,所以这类模型是在实际工程中应用最广泛的模型。

非线弹性模型属于经验型的模型,适用于混凝土单调加载和混凝土受压区非线性变形等情况,所以,这种模型的参数是以实验数据为依据的。

这种模型大体可分为两大类:一是全量式的应力——应变关系,采用不断量化的割线模量的超弹性模型属于这一类;另一类是增量式的应力——应变关系,采用不断变化的切线模量的次弹性模型属于这一类。

3 在特定环境下混凝土本构关系的新成果3.1 高温下混凝土本构关系混凝土在高温下的强度和变形性能随温度和应力的耦合作用而变化,通过分析混凝土高温变形的一般规律可建立温度-应力耦合本构关系,为高温下混凝土受力特性提供依据。

高温混凝土在特殊情况下如通过对方钢管混凝土构件遭受火灾后的分析,可建立一种材料本构关系及侧向力位移关系曲线的数值计算方法。

但必须看到在其他特殊情况下如中高应变、复杂受力情况等的本构关系还缺少研究。

3.2 中高应变率下混凝土本构关系针对混凝土的动态高应变率问题,应用不同的理论来描述这一过程。

在Perzyma 的一般粘塑性理论和Bicanic 的塑性间断面运动规律基础上,用混凝土塑性屈服面和极限面的变化规律来刻画材料的粘塑性响应。

以不可逆热力学为基础构造的混凝土的单轴率型本构模型可描述混凝土的以下特性:初始屈服强度为零;峰值强度随应变速率的增大而增加;在上升段和下降段都是光滑的凸应变趋于无穷大时,应力是收敛的;峰值点处应变不随加载应变速率的增大而变化。

有研究者建立了一种混凝土的Holmquist-Johnson-Cook 本构关系与欧拉程序相结合的计算方法:用真实等效强度取代静态屈服强度Y ,用以判别和计算屈服破坏;用损伤D 来判别和计算积累损伤破坏。

输运过程中增加了损伤、体积应变和等效塑性应变的输运。

3.3 其他参照Kotsovos MD 和Newman JB 提出的混凝土三向本构关系和钢管混凝土中混凝士的单向本构关系模型,可推导出一种适合于钢管混凝土三维双重非线性分析混凝土三向本构关系。

通过分析实际结构的受力特点提出了一种基于应变空间的本构模型和开裂准则,认为对于孔口复杂结构,采用极限应变作为混凝土开裂准则比采用最大主拉应力准则更合理]。

有研究者建议锈蚀钢筋与混凝土粘结本构关系为:)()(,,21x f s f x s ηητ=)(式中)(ητ,,x s 为随时间和位置变化的粘结本构关系;)(1s f 为粘结滑移基本关系;)(2x f 为位置函数;η为锈蚀钢筋与混凝土的粘结影响系数。

随着高温、约束载荷、地震、爆炸载荷下混凝土的力学行为研究的深入和问题的解决,特殊应力弹粘塑性本构模型在研究中逐渐占据重要的地位。

但在三向应力状态下的应力应变测得的数据还不够多,实验方法也有待改进,特别是在不改变受力与变形条件的现代非机械、非破损的测量方法还期待有所突破,粘结关系的实验及其有限元的表达方法也还有待完善。

4 混凝土本构模型存在的问题1)本构模型的构造越来越复杂,有的片面追求参数多少,导致计算量增大,而计算精度并没有显著提高。

2)非关联流动准则使得模型给出不对称的刚度张量,在有限元中会产生计算量大幅度增加的严重问题,在理论上也存在一定缺陷;而关联流动准则由于不能描述剪胀(扩容)现象,而被认为不可能正确地描述混凝土的塑性性能。

3)在应力空间中,描述混凝土的软化行为非常困难。

常见的办法是转换到应变空间中,由应变控制。

但在实际应用上也出现了不少问题,因为材料软化段在应变空间上很容易受一些外界因素的影响。

例如:在主应变空间中的破坏面对应力很敏感,σ3增加仅5%,位移量几乎加倍。

可见软化段的模拟从来都是棘手的问题。

4)经典的弹塑性本构模型在分析材料循环加卸载方面出现矛盾,不能描述Bauschinger效应。

5)目前几乎所有的加载面模型只能由某一条加载曲线(通常为单轴压缩曲线)来标定,因而在逻辑上就不能用这种由单一曲线标定的模型沿整个加载面处处都得到很满意的预测。

相关文档
最新文档