混凝土确定性损伤模型和随机性损伤模型概述.pdf

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1、1301：10．3969／j．issn．1672-4011．2013．04．012混凝土确定性损伤模型和随机性损伤模型概述安占义1，李谦2，曹鹏杰1，尚春林1(1．陕西省现代建筑设计研究院，陕西西安，710000；2．陕西省建筑设计研究院有限责任公司，陕西西安710000)摘要：本文通过对混凝土确定性损伤模型的综述和概括，进而对其损伤模型进行研究与分析，为确定性损伤模型对混凝土损伤本构的研究提供借签，但是对混凝土的随机性研究，目前研究者们没有给出合理的答案。随着科技的不断发展，研究人员对混凝土细观和微观的认识不断加深，混凝土的随机性损伤模型也在此基础上不

2、断发展和壮大，但是目前对其研究的成果相对较少，得出的结论还没有在实践中充分验证，不过他将是混凝土损伤本构模型的一个重要发展方向。关键词：确定性损伤；随机损伤；本构关系；混凝土中圈分类号：TU528文献标志码：B文章编号：1672—4011(2013)04—0026—031概述1943年Whitney通过对混凝土受压试验的全过程研究，发现混凝土强度达到极限强度后进入软化阶段，从而人们开始认识到混凝土软化后的强度特征，也标志着损伤理论的萌生。1958年Kaehanov⋯为描述金属材料的蠕变特征时，引入了“连续性因子”，标志着损伤理论的初步开始，在1963年，

3、Robtnov口。为完善蠕变本构方程，提出“损伤因子”的概念，为损伤理论的发展莫定了理论基础。1971年kmaitre从细观角度对材料的破坏机制和破坏形式进行了分析，同时通过测定材料的损伤，引入了有效应力的概念，最后得出应变等价理论，为将损伤变量引入材料本构方程提供了纽带作用。此后，损伤理论伴随着宏观损伤模型进入了快速发展时期，从而确定了确定性损伤模型和随机损伤模型的崛起。2确定性损伤本构模型损伤力学在金属材料中应用较早，而进入混凝土领域较晚，但自从OoIlg,nlHo将损伤力学引入混凝土材料的研究中后，得到了广大研究者的重视和广泛的应用。从早期的损伤力

4、学研究成果【4。’可以看出混凝土损伤的发展历程，最早从混凝土弹性各向同性损伤模型的研究，到复杂应力下混凝土各向异性损伤模型的研究，直到后来塑性损伤及细观损伤力学的研究，都可以较直观的反映混凝土宏细观损伤的力学特征，而且在一定程度上得到了理论与试验的验证。2．1各向同性弹性损伤模型1958年，Kachanov拉。在描述金属材料的蠕变时，采用作者简介：安占叉(1985一)，男，陕西揄林人，助理工程师，研究方向：结构工程。简单的连续变量模拟复杂且离散的材料耗散过程，在一定程度上，忽略了材料能量耗散的准确性，但是简化了复杂的计算过程，进而提出连续度的概念。他定义

5、这一概念时，主要考虑材料在受力后，有效承载面积减少，并用有效承载面积与材料横截面面积的比值表示连续度。后来有很多研究者通过对混凝土的试验研究，将上述的损伤模型进行修改，并将其应用到混凝土的损伤本构模型中，得出了混凝土的弹性损伤演化方程，其中典型模型有Mazars损伤模型和Loland损伤模型。2．2各向异性弹性损伤模型(1)Krajcinovie损伤模型¨o。该模型考虑混凝土材料内部分布的不均匀性和各向异性的特征，假定损伤变量为矢量变化量，定义损伤变量为空隙面密度与空隙法线矢量的乘积。根据Helmhohz自由能理论和塑性力学方法，提出了损伤面的概念，并且

6、假定损伤面与损伤演化的速度矢量方向垂直，进而建立了混凝土的损伤本构模型，最后推导出混凝土的损伤演化规律。董毓利等”1在建立模型时考虑了空隙演化过程的运动学关系，分析了损伤变量演化规律与应变增量之间的联系，最终建立了材料的理想弹性损伤本构方程。(2)Sidoroff损伤本构模型归J。Sidoroff等利用能量等价原理，对材料处于无损状态下的应变能和受损后的应变能进行等价，并根据弹性余能原理将损伤和弹性进行较好的耦合，引进热力学基础理论，得到混凝土材料的损伤本构方程。此模型在原有损伤模型的基础上提出损伤面的概念。对损伤进行了简化处理，且理论基础明确，但峰值应

7、力前的无损伤阶段与混凝土实际情况不相符。2．3弹塑性损伤模型以上损伤模型的假定不是将材料假定为理想弹性材料就是将其假定为理想脆性材料，忽略了混凝土的塑性性能。但许多的循环加卸载试验¨¨111表明：混凝土由于初始缺陷及其不均匀性，使得试件在加载过程中微裂缝不断增多、有效截面面积不断减少、刚度不断退化且伴随有残余变形的存在。而弹性损伤本构模型和脆性损伤本构模型不仅不能较真实的反映出混凝土损伤的全过程，两且也不能反映出混凝土的不可逆性。可见，所建立的损伤模型本构方程与混凝土进验的破坏过程相差较大，不能客观的揭示混凝土性能本质。基于对这些损伤模型的分析，有研究者

8、引进塑性增量理论，考虑了混凝土的不可逆的行为，建立了混凝土材料的弹塑性损伤模型及