混凝土塑性损伤模型损伤因子研究及其应用

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1、第28卷第3期土木工程与管理学报V01．28No．32011年9月JournalofCivilEngineeringandManagementSep．2011混凝土塑性损伤模型损伤因子研究及其应用郭明(深圳市市政设计研究院有限公司，广东深圳518029)摘要：在有限元软件ABAQUS中，为混凝土材料定义了一种材料模型：塑性损伤模型，它可以模拟混凝土材料的拉裂和压碎等力学现象，而且使用也较为方便。本文基于能量损失原理，编制相关的计算程序，获得了现行《混凝土结构设计规范》提供的混凝土受压和受拉应力一应变关系曲线对应的混凝土损伤因子随应变增长

2、的变化曲线。基于本文的研究成果，介绍了损伤因子在钢筋混凝土构件、新型钢管混凝土一钢筋混凝土梁节点和整体结构弹塑性分析中的应用实例。本文的有关论述和方法可为同类研究提供参考。关键词：塑性损伤模型；损伤因子；受压损伤；受拉损伤；有限元中图分类号：TU312．3文献标识码：A文章编号：2095-0985(2011)O3-0128-05混凝土的本构关系，是指在外部作用下混凝模型，并与Kupfer等典型的试验数据进行比较，土内部应力与应变之间的物理关系¨。由于这分析了该模型模拟混凝土材料受力性能的适用种物理关系在细观意义上描述了混凝土的基本力性；

3、雷拓等通过一钢筋混凝土简支梁实例，分学性质，因此，它构成了研究混凝土构件和结构在析了塑性损伤模型中膨胀角、受拉硬化等参数对外部作用下变形及运动的基础。在一定意义上，计算结果的影响规律；张劲等⋯结合现行的《混混凝土非线性分析研究的核心是混凝土本构关凝土结构设计规范》进行了塑性损伤模型的相系⋯。关参数验证；尧国皇等较为详细的探讨了塑性在通用有限元软件、ABAQUS中，为混凝土材损伤模型中有关参数的设置，并介绍了该模型在料定义了一种材料模型：塑性损伤模型。它可以分析钢一混凝土组合构件静力性能中的应用实例。模拟混凝土材料的拉裂和压碎等力学现象，

4、且使以上研究为本文研究创造了良好的条件，但用也较为方便J。ABAQUS中的塑性损伤模型在是对损伤模型中损失因子以及损伤因子与混凝土Lubliner等J、Lee和Fenves_4提出的模型的基础材料的应力、应变发展之间关联的研究不够深入，上建立的，它适用准脆性材料(如，混凝土)和其参考文献[10]基于能量损失原理，编制相关的计它脆性材料(如，岩石和陶瓷等)。低围压下，混算程序，获得了现行《混凝土结构设计规范》提供凝土的损坏是脆性断裂的劈裂型，破坏机制主要的混凝土受压和受拉应力-应变关系曲线对应的是拉裂和压碎，只要围压高到足够防止裂纹扩散，

5、混凝土损伤因子，文章最后介绍了损伤因子的一混凝土的脆性便会消失，混凝土的宏观响应也就些应用实例，包括钢筋混凝土构件、新型钢管混凝类似于硬化的延性材料，其损坏是在破坏面或屈土一钢筋混凝土梁节点和整体结构弹塑性分析实服面上屈服和流动J。该模型使用各向同性损例，以期为同行提供参考。伤弹性结合各向同性拉伸和压缩塑性的模式来表示混凝土的非弹性行为，是一个基于塑性的连续1基于能量损失的损伤因子的计算介质损伤模型。该模型可用于单向加载、循环加方法载及动态加载等情况，具有较好的收敛性。因此，ABAQUS软件在混凝土弹塑性分析方面起到了很损伤是指在冶炼、

6、冷热加工工艺过程中或在好的作用。荷载、温度、环境等的作用下，材料的微细结构发有关研究者对混凝土塑性损伤模型进行了相生了变化，从而引起微缺陷成胚、孕育、扩展和汇关研究，如方秦等简要介绍了混凝土塑性损伤合，导致材料宏观力学性能劣化，最终形成宏观开收稿日期：2011-08-03作者简介：郭明(1967·)，女，高级工程师，硕士，研究方向为结构没计(Emai

7、：guom@szmedi．COII．cn)第3期郭明：混凝土塑性损伤模型损伤因子研究及其应用·129·裂或材料破坏的这样一种现象[ro,11]。损伤力学引入一种内部状态变量即损伤变量D来描

8、述含2《混凝土结构设计规范》中混凝土微细观缺陷材料的力学效应，以便更好地预测工损伤因子的计算程材料的变形、破坏和使用寿命。由于引起损伤的因素相当复杂，人们提出了各种各样的分析方《混凝土结构设计规范》附录c给出了的法。经典损伤理论从材料退化角度出发，将损伤混凝土单轴受压和单轴受拉应力一应变关系曲线，因子定义为¨⋯：其受压应力一应变关系表达式如下：D=(A—A)／A(1)Y=aax+(3—2a)+(口一2)(≤1)式(1)中：A为体积元的原面积，A为材料受损后(3．1)体积元的有效面积，D=0对应于体积元无损状y(>)(3·2)态，D=1对

9、应于体积元完全破坏状态。文献[11]在Najar损伤理论的基础上，基于能量损失式(1)中=，Y=手一峰值压应力，一峰值的方法定义混凝土损伤模型的损伤因子的计算方法如下“]：压应力时的应变，，数值详见文献[8