粘聚力模型在混凝土裂纹扩展中的应用

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1、ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheProfessionalDegreeofMasterinEngineeringApplicationofCohesiveTractionCrackModelinCrackPropagationinConcreteMasterCandidate：LiLidanMajor：EngineeringMechanicsSupervisor：Prof.MoJiyunWuhanUn

2、iversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430081,P.R.ChinaMay24th,2015摘要混凝土是世界上使用最广泛建筑材料之一。由于混凝土结构所用材料和所处环境的特点，使得混凝土结构不可避免的出现开裂、性能劣化，最终产生耐久性问题。粘聚力裂缝模型可以很好的描述混凝土裂纹尖端断裂过程区的力学性能。混凝土软化曲线反映了混凝土材料在达到抗拉强度后，其剩余强度和表现变形之间的关系，是粘聚力裂缝模型的重要内容。本文基于扩展有限元方法和粘聚力模型研究了混凝

3、土裂纹扩展过程。主要研究工作如下：（1）分析了线性软化曲线与非线性软化曲线，并在此基础上提出多阶段软化曲线本构模型。并把采用这种曲线的数值模拟结果和文献中相应数据进行对比，表明多阶段软化曲线在表示混凝土的软化行为上具有一定的可信度和有效性。（2）研究了粘聚力裂缝模型确定初始裂缝位置的方法，以及在ABAQUS中实现时采用的牵引力-分离法则，介绍了针对Ⅰ型裂缝扩展粘聚力模型的迭代算法，并提出了需要确定裂纹扩展方向的复合型裂纹的迭代算法。（3）在有限元计算软件ABAQUS平台上分析了Ⅰ型裂纹梁和复合型

4、裂纹梁在断裂过程中裂缝的扩展过程以及构件的荷载-裂纹嘴张开位移曲线，把扩展问题的模拟结果与文献中试验数据进行了比较，用此来验证数值方法分析裂缝扩展问题的准确性，证明了扩展有限元捕捉复杂形状裂缝的优势。用本文提出的模型本构关系分析了混凝土重力坝的裂缝扩展情况与应力分布规律，验证了模型的有效性。关键词：混凝土；粘聚力裂缝；扩展有限元；断裂过程区IAbstractTheconcretestructureiscurrentlythemostwidelyusedstructuralforms.Ithasb

5、eensuccessfullyappliedtoindustrialandcivilbuildings.Becauseofcharacteristicsofthematerialsusedintheconcretestructuresandcomplexityoftheenvironment,concretestructurewillinevitablybecrackingandperformancedeteriorated,whichwillresultindurabilityproblems

6、.Themechanicalbehaviorwithinthefractureprocesszoneatthetipofcrackinconcretecanbewelldescribedbythecohesivetractioncrackingmodel.Thesofteningcurveofconcrete,reflectingtherelationshipoftheresidualintensityandcrackwidthafteritsreachtensilestrength,isasi

7、gnificantpartofthecohesivetractioncrackingmodel.Inthispaper,concretecrackpropagationprocessisstudiedbasedonextendedfiniteelementmethodandcohesivetractioncrackingmodel.Themainworksareasfollows:(1)Inthispaper,linearsofteningcurveandnonlinearsofteningcu

8、rvewasanalyzed,andthenthemulti-stagecurveofsofteningconstitutivemodelwasadvanced.usingthecurveofthenumericalsimulationresultswerecomparedwithcorrespondingdataintheliterature,showsthatmulti-stagesofteningcurveonthesaidthesofteningbehaviorofconcretehas