基于损伤理论的超高性能混凝土本构关系研究

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1、国内图书分类号：U448.27密级：公开国际图书分类号：624西南交通大学研究生学位论文基于损伤理论的超高性能混凝土本构关系研究年级二〇一五级姓名杨永郑申请学位级别工程硕士专业建筑与土木工程指导老师夏嵩二零一八年五月ClassifiedIndex:U448.27U.D.C:624SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYONCONSTITUTIVERELATIONSHIPOFULTRA-HIGHPERFORMANCECONCRETEBASEDONDAMAGEMECHANICSGrade:CivilEngineering2015C

2、andidate:YangYongZhengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:ArchitecturalandCivilEngineeringSupervisor:XiaSongMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要很多试验研究已经证明，材料的破坏来源于材料内部初始缺陷的发展和新缺陷的产生，主要表现为材料中微孔洞的形成、成长及连接。超高性能混凝土的优良力学性能来自于其相对于普通混凝土更加致密的细观内部结构，但类似于超高性能混凝土这种多相材料，其内部的多尺度结构中必定有初始缺陷的存在。这些初始缺

3、陷在荷载的作用下可能不断发展，从而造成材料性能的劣化。现代设计方法和建造水平的提高，迫使人们需要深入了解超高性能混凝土材料的破坏机理并对其进行预测。基于这一点，文章采用细观损伤力学方法研究超高性能混凝土材料细观结构中应力和应变之间的关系，并结合试验和数值拟合方法，从而能较为准确地确定出材料应力应变关系曲线。本文从细观损伤力学的角度，基于Gurson模型建立了适用于超高性能混凝土的体胞单元,以孔洞体积百分比f表征损伤的程度。在此模型基础上将f代入假定的位移摄动项中，通过给定的应变方程和边界条件利用势能极小原理推导出体胞单元在单轴对称加载作用下的本构关系。最后再由功率互等定理得到材料的宏观

4、本构关系。根据最大密实度理论，在配合比一定的情况下，通过改变钢纤维掺量获得了一些具有可靠强度和稳定拉压应变的超高性能混凝土材料试件，并利用试验方法测得材料的相关性能数据。通过对材料试验数据对比发现在选用粗细混合纤维时，材料试件的综合性能更好。结合相关试验数据采用参数拟合的方法得到本构方程中相关参数的关系式。代入本文中试验数据给出了对应的应力应变关系曲线。计算了当弹模、泊松比、孔隙比不同取值时的应力-应变曲线，用数值拟合的方法提出了一个损伤本构关系的数学表达式。关键词：超高性能混凝土；细观损伤力学；Gurson模型；体胞单元；本构关系西南交通大学硕士研究生学位论文第II页ABSTRACT

5、Manyexperimentalstudieshaveshownthatthefailureofmaterialsisderivedfromthedevelopmentofdefectsinthematerials,suchasthegrowthandconnectionsofexistingporesandtheproductionofnewones.TherelativelycompactmesostructureofUHPC(Ultra-HighPerformanceConcrete)leadstoitsexcellentmechanicalproperties.However,

6、theremustbesomeinitialflawsexistinginaheterogeneousmateriallikeUHPCandthedevelopmentoftheseflawsasaresultofexternalactionsisboundtocausethedegradationofmaterials.TheimprovementofmoderndesignmethodsandconstructionlevelforcepeopletounderstandthefailuremechanismofUHPCmoreclearly.Hencethemeso-damage

7、mechanicsmethodisusedtostudythestressversusstrainrelationshipinthemesostructureofUHPC.Coupledwiththeexperimentalstudyandnumericalfitting,thestress-straincurveofUHPCcanbeaccuratelydetermined.AcellmodelsimilartoGurson’smodelwa