基于材料構(gòu)型力學(xué)的混凝土損傷和失效研究.pdf

1、混凝土作為重要的建筑材料，被廣泛的運(yùn)用于各種工程領(lǐng)域。然而，混凝土結(jié)構(gòu)在拌制、建設(shè)、使用過程中會(huì)出現(xiàn)不同程度、不同形式的裂縫。裂縫的存在不僅會(huì)影響建筑物美觀性，更會(huì)對(duì)建筑物的正常使用和結(jié)構(gòu)的耐久性造成威脅。因此，裂縫問題倍受人們的關(guān)注。近年來，隨著國(guó)家大興土木，建筑行業(yè)的繁榮發(fā)展使得這一問題變得更為突出。
　　混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部復(fù)雜。在一定層次上，混凝土是由骨料、砂漿和粘接面構(gòu)成的。由于種種原因，混凝土結(jié)構(gòu)中在受到外荷載以前就已經(jīng)產(chǎn)生

2、了大量的微小裂紋。隨著荷載作用的不斷增加，裂縫不斷展開進(jìn)而連通，形成宏觀的裂縫。因此，基于斷裂力學(xué)和損傷力學(xué)的相關(guān)理論研究不同混凝土級(jí)配、不同混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)等因素對(duì)其損傷和失效的影響，顯得尤為重要。
　　本文基于材料構(gòu)型力學(xué)的兩個(gè)基本概念：構(gòu)型力和守恒積分來描述混凝土的損傷和失效。一方面，采用礫石骨料（截面為圓形），同時(shí)利用瓦拉文公式將混凝土中的三維骨料轉(zhuǎn)化為二維，并計(jì)算出骨料的數(shù)目，進(jìn)而確定出隨機(jī)骨料模型，建立其有限元分析模型，

3、并利用守恒積分中的J積分來描述混凝土的斷裂擴(kuò)展。另一方面，本文利用J積分對(duì)應(yīng)的材料構(gòu)型應(yīng)力bji，即Eshelby能量動(dòng)量張量來與傳統(tǒng)的Von Mises屈服準(zhǔn)則進(jìn)行對(duì)比，描述含裂紋混凝土的損傷問題，同時(shí)利用等效構(gòu)型力屈服準(zhǔn)則來標(biāo)定混凝土的屈服。
　　結(jié)果表明，當(dāng)骨料含量越多，J積分值越小，說明骨料對(duì)裂紋有抑制作用；骨料區(qū)域與裂尖的夾角在0°～90°時(shí)，裂尖J積分大于遠(yuǎn)場(chǎng)J積分，說明此時(shí)骨料對(duì)裂紋有抑制作用；當(dāng)骨料區(qū)域與裂尖夾角在