基于三點彎曲切口梁試驗的混凝土軟化本構關系研究.pdf

1、由Hillerborg等人提出的虛擬裂紋模型（FCM）可以很好描述混凝土裂紋尖端斷裂過程區(qū)的力學性能。混凝土軟化曲線反映了混凝土材料在達到抗拉強度ft后，其剩余強度與表觀變形之間的關系，是虛擬裂紋模型的重要內(nèi)容。本文采用逆分析的方法，由三點彎曲切口梁斷裂試驗研究混凝土材料拉伸軟化關系。該方法假定混凝土應變軟化關系為某些參數(shù)控制的函數(shù)表達式，建立誤差函數(shù)，通過使模擬的荷載-裂紋口張開位移（P-CMOD）曲線與三點彎曲切口梁斷裂試驗獲得的P

2、-CMOD曲線吻合來確定相應的混凝土抗拉軟化關系參數(shù)。求解中的所有參數(shù)均由三點彎曲切口梁斷裂試驗結果確定，其優(yōu)點是只需用簡便的位移控制試驗機完成斷裂試驗，與單軸拉伸試驗相比，試驗成功率高、更容易實現(xiàn)。
　　 采用逆分析方法求解混凝土軟化曲線同樣需要準確的試驗數(shù)據(jù)。由于試驗過程受到環(huán)境、設備以及人為等因素的影響，試驗數(shù)據(jù)中存在誤差，為了提高計算效率，同時也為了使得擬合的數(shù)據(jù)更加反映真實的情況，必須先對其進行數(shù)據(jù)平滑和去噪處理，即數(shù)

3、據(jù)的前置處理，然后才能進行數(shù)據(jù)的擬合。數(shù)據(jù)的處理分為三步，第一步將采集的數(shù)據(jù)的非正值剔除，并將嚴重偏離其他曲線的無效試件剔除，第二步把各組剩余的有效伴隨試件P-CMOD曲線平均成一個有代表性的曲線，上升段及下降段分別采用100點代表，最后將各組P-CMOD曲線的上升段和下降段分別采用7段和13段進行擬合，作為逆分析的輸入數(shù)據(jù)，試驗數(shù)據(jù)的擬合采用Marquardt-Levenberg優(yōu)化方法。
　　 混凝土三點彎曲切口梁斷裂過程為

4、平面應力問題，通過自行編譯的Fortran有限元程序，對三點彎曲切口梁的斷裂過程進行數(shù)值模擬，并對混凝土軟化曲線參數(shù)進行優(yōu)化。為了提高運算效率，減少結構的自由度，建模時采用對稱結構的一半進行。
　　 基于斷裂功和逆分析方法的混凝土斷裂能吻合較好，逆分析獲得混凝土抗拉強度ft比直接拉伸試驗獲得的值要大，而斷裂能GF與直接拉伸試驗值相比略小。逆分析獲得的混凝土最大裂縫張開寬度Wc和斷裂能GF均有著隨骨料粒徑的增加而呈增加趨勢，抗拉強

5、度ft在骨料粒徑達到一定值后，出現(xiàn)了下降的趨勢，但是這種趨勢不是很明顯。隨混凝土強度的增加，抗拉強度ft呈增大趨勢，最大裂縫張開寬度Wc和斷裂能GF隨混凝土強度的增加而減小。逆分析獲得的混凝土斷裂能存在尺寸效應，斷裂能隨試件尺寸的增加而增加，當梁高增加到一定高度以后，斷裂能不再增加，同時逆分析獲得的抗拉強度ft受試件尺寸的影響不明顯，且不同梁高混凝土軟化曲線的初始段相似，最大裂縫張開寬度有著和斷裂能相似的變化規(guī)律，這在一定程度上可以解釋