基于材料構型力學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，被廣泛的運用于各種工程領域。然而，混凝土結構在拌制、建設、使用過程中會出現不同程度、不同形式的裂縫。裂縫的存在不僅會影響建筑物美觀性，更會對建筑物的正常使用和結構的耐久性造成威脅。因此，裂縫問題倍受人們的關注。近年來，隨著國家大興土木，建筑行業(yè)的繁榮發(fā)展使得這一問題變得更為突出。
　　混凝土結構內部復雜。在一定層次上，混凝土是由骨料、砂漿和粘接面構成的。由于種種原因，混凝土結構中在受到外荷載以前就已經產生

2、了大量的微小裂紋。隨著荷載作用的不斷增加，裂縫不斷展開進而連通，形成宏觀的裂縫。因此，基于斷裂力學和損傷力學的相關理論研究不同混凝土級配、不同混凝土細觀結構等因素對其損傷和失效的影響，顯得尤為重要。
　　本文基于材料構型力學的兩個基本概念：構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），同時利用瓦拉文公式將混凝土中的三維骨料轉化為二維，并計算出骨料的數目，進而確定出隨機骨料模型，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展。另一方面，本文利用J積分對應的材料構型應力bji，即Eshelby能量動量張量來與傳統(tǒng)的Von Mises屈服準則進行對比，描述含裂紋混凝土的損傷問題，同時利用等效構型力屈服準則來標定混凝土的屈服。
　　結果表明，當骨料含量越多，J積分值越小，說明骨料對裂紋有抑制作用；骨料區(qū)域與裂尖的夾角在0°～90°時，裂尖J積分大于遠場J積分，說明此時骨料對裂紋有抑制作用；當骨料區(qū)域與裂尖夾角在