我国混凝土损伤本构关系的研究现状

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1、我国混凝土损伤本构关系的研究现状摘要：从弹性与塑性损伤、各向同性与各向异性损伤、静力与动力损伤、宏观唯象以及细观和微观损伤、局部化与非局部化损伤这5个不同侧重点考虑，归纳介绍了近几年來我国学者在混凝土损伤类木构关系领域研究的进展，并提出了自己的意见，对其发展方向进行了展望。关键词：混凝土；损伤；木构关系；研究现状引言混凝土是现代建筑结构屮运用最广泛的材料，它的破坏是山于材料内分布的微孔洞、微裂纹在荷载的作用下不断成核、扩展、贯通形成広观裂纹，造成承载力下降导致的。要分析混凝土结构的受力特性，确保结构的可靠性，盂要研究其微损伤的演化规律。自1976年Dougill

2、最早将损伤力学用于研究混凝土的受力性能以來，各种混凝土本构关系应运而生，不断发展。从最初的单轴受拉各向同性弹性损伤模型，到现在针对具体情况冇侧重点的建立起得的各种不同的损伤模型。本文从弹性与塑性损伤、各向同性与各向界性损伤、静力与动力损伤、広观唯象以及细观和微观损你局部化与非局部化损伤这5个不同侧重点考虑，介绍了近儿年来我国学者在混凝土损伤类木构关系领域研究的进展，并对其发展进行了展望。1弹性与弹塑性损伤模型混凝土是一种多相复杂的准脆性材料，在单轴或多轴压缩荷载作用下，混凝土表现出一定的塑性。混凝土损伤模型按照是否为塑性理论结合，可分为弹性损伤模型与弹塑性损伤模

3、型。两者的区别主要在于，弹性损伤模型只考虑损伤对刚度的影响，弹赠性损伤模型考虑卸载时不可恢复的变形，卸载弹模不同,见图1。图1循环加卸载实验的混凝土应力■应变曲线相比而言，弹塑性模型能够更为准确的描述混凝土的损伤演化特性，因而更加受到学者们的关注，近年来有很人的发展。但由于弹蛾性模型需要求解损伤与塑性耦合的复杂过程，计算复杂，参数众多，弹性损伤模型便于实际工程应用。1.1弹性损伤模型在损伤力学理论早期的发展过程屮建立了一些经典的混凝土损伤模型，这些模型是在对金属损伤研究的基础上考虑混凝土类材料的特性发展而來的。Loland和Mazars的损伤模型都是参照实验得出

4、的拉伸应力应变Illi线，将Illi线以应力峰值划为两端，分别用函数模拟。假设材料为各向同性弹性体，损伤也是各向同性，Loland假定应力峰值以前有效应力与应变关系，而峰值］\有效应力为一常数。Mazars根据Terrien的混凝土单轴拉伸试验曲线，假定峰值应力而，应力应变曲线为直线，峰值应力后为下降段曲线。Sidoroff等人提出能量等价原理，并提出了损伤面的概念，损伤是在损伤阈值面上发生。Krajcinovic以Helmholtz自由能理论为基础，参照塑性力学方法引入了损伤面的概念，假设损伤演变速度的方向垂直于损伤面，导出了损伤木构方程及损伤演化方程⑴。以

5、上经典的弹性损伤模型均是在单调加载的情况下建立的，也未考虑混凝土的非线性。李止在文献⑵中指出混凝土作为一种准脆性材料，混凝土的犁性变形主要发牛在受压损伤较人情况下，而受拉损伤情况下，卸载后塑性应变很小,接近脆性。在地震作用下，混凝土结构主要发生受拉损伤，受压损伤程度较小。因此，弹性损伤模型对于一般梢度要求的地震损伤分析也是貝有适用性的。并对Faria和Oliver等人所捉出的混凝土损伤模型在反复荷载作用下混凝土刚度恢复效应的方血做出了修正，得到了一种能够较合理地描述反复荷载作用下混凝土的受拉行为，且计算效率高、适用性好的材料模型。刘军⑶忽略了对非弹性变形，依据是

6、热力学定律、内变虽理论以及能虽耗散原理建立一种相对简单的混凝土损伤本构模型，采用双标量损伤变量來描述混凝土的拉伸和压缩不等性、刚度及强度退化特性，通过分解白由能为体积和剪切两个部分来考虑单边效应，用一个附加的弹性率相关条件来考虑弹性的率敏感性,不仅考虑了混凝土的非线性，而且避免了弹塑性模型的不收敛问题。马怀发等⑷提出了-•种适用于复杂应力状态下的双折线弹性损伤模型。1.1弹塑性损伤模型弹塑性损伤模型主要分为三类：第一类是在塑性本构关系中引入损伤变量描述材料的刚度退化，损伤变量与幫性变形耦合；笫二类将弹性和损伤耦合在一起，属于半解耦；第三类将弹性、犁性、损伤完全解

7、耦考虑。将损伤机制引入到本构关系中的方法也可分为三类：应变等效原理；能量等效方法；热力学内变量理论。常晓林⑸用基于应变等价原理的标量损伤來描述混凝十•的刚度退化，采用带拉断的Mohr-Coulomb准则作为塑性损伤模型的屈服准则以及非关联的Durcker-Parager塑性势函数，在热力学和连续损伤理论的椎架内建立损伤准则和损伤演化方程，提出了一种改进的混凝土塑性损伤模型，这是-•种川应变等效原理将损伤完全耦合在变形屮的模型。徐强⑹假设损伤阀值函数和屈服函数相同，拉压不耦合，且Helmeholtz比自由能与耗散势函数为Legendre变换，将损伤与应变耦合，利用

8、能够反映混凝土拉压方向不