混凝土材料的广义非线性强度理论

《混凝土材料的广义非线性强度理论》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、http://www.paper.edu.cn∗混凝土材料的广义非线性强度理论路德春，杜修力，龚秋明，赵密北京工业大学岩土与地下工程研究所，北京(100022)E-mail：dechun@bjut.edu.cn摘要：在广义非线性强度理论的框架下，结合混凝土材料的力学特性，将混凝土材料的强度特性分解为相互独立的四个方面分别描述，进而建立了混凝土材料的广义非线性强度理论。该理论在主应力空间的π平面上含盖了从下限SMP曲线到上限Mises圆之间的所有区域，子午面上的破坏曲线为幂函数形式；共有四个材料参数，均具有明确的物理意义，并给出了参

2、数的确定方法。通过与国内外学者已取得的四组混凝土材料的真三轴试验结果比较，表明了本文提出的混凝土材料的广义非线性强度理论可用于多种混凝土材料，合理计算其多轴强度。关键词：混凝土，强度理论，非线性，中主应力，静水压力，真三轴试验中图分类号：TU431.引言混凝土作为结构材料已在土木、水利工程中广泛应用，并且大都处于双向或三向的复杂应力状态下工作。混凝土材料在各种应力组合作用下的变形和强度特性是混凝土结构设计与分析的基本问题。三维应力条件下混凝土材料的强度问题非常复杂，研究的基本思路是将复杂问题简单化，通过应力状态的函数将三维强度特性

3、转化为一维问题处理，所提出的各种屈[1-3][4][5]服准则和破坏准则就是代表性的研究成果，如Ottosen准则、Willam-Warnke准则、[6][7][8][9]Lade准则、江见鲸准则、过镇海-王传志准则、宋玉普-赵国藩准则等。它们对于解释材料发生变形及破坏的内在原因和宏观规律有着明确的作用，已推导了比较严密的理论公式，能够分析各种应力状态下混凝土材料的破坏问题，在实际应用中发挥着巨大的作用。然而各种屈服和破坏准则的繁简程度各异，使用的范围和计算精度差别很大，并且都是适用于某一类特定混凝土材料的单一强度理论，在实际使用

4、中非常不便，也难于选择。随着新型混凝土材料的发展，对于某些混凝土材料的基本强度试验结果，至今仍未有一个理论上的说明[2][10-13]或数学上的描述。本文在路德春等已提出的广义非线性强度理论的框架下，结合混凝土材料的力学特性与宏观试验结果，建立适用于多种混凝土材料的广义非线性强度理论。该理论用一个表达式统一描述π平面及子午面上的非线性强度特性，只有四个相互独立的材料参数，均具有明确的物理意义，当其为不同值时，使得混凝土材料广义非线性强度理论在主应力空间π平面上的破坏函数为介于Mises准则和SMP(SpatiallyMobiliz

5、edPlane)准则之间的光滑曲线，反映混凝土材料的中主应力效应；子午面上的破坏函数为幂函数曲线，反映混凝土材料的静水压力效应与内聚力效应。混凝土材料广义非线性强度理论的提出，一方面建立了多种混凝土材料强度特性的一般规律，使得不同混凝土材料在同一应力状态下的强度具有可比性；另一方面在主应力空间内的破坏面处处光滑，存在连续的偏导数，在数值计算中，用于弹塑性本构模型可以得到很好的收敛性，为实现有限元程序的通用性奠定了基础。2.三维应力条件下混凝土材料的破坏面影响混凝土材料强度的因素很多，如温度、试件尺寸、加载速率、养护时间、水灰比等∗

6、本课题得到中国博士后科学基金(20070410030)、国家重点基础研究发展计划项目(2007CB714203)、国家自然科学基金项目(50325826、90715035、90510011)的资助。-1-http://www.paper.edu.cn等，混凝土强度理论主要研究混凝土材料强度对应力状态的依赖关系，即不考虑其它各种因素，而集中研究应力状态对混凝土材料强度的影响规律。多轴应力条件下混凝土材料的强度可用三个主应力为坐标轴的空间破坏面(强度极限面)来表示，破坏面上的任一点表示混凝土[14-16]材料在该点坐标应力组合下的破坏

7、状态。大量的试验结果表明，各向同性混凝土材料的破坏面(如图1所示，本文的应力符号以压应力为正，拉应力为负)具有以下特征：σ1pσ3σ2图1混凝土材料在主应力空间内的破坏面(1)破坏面连续、光滑、外凸；(2)破坏面具有三轴对称性；(3)破坏面在静水压力轴的拉端有顶点，压端开口无交点；(4)在低静水压力处π平面上的破坏曲线接近于三角形，随着静水压力增大破坏曲线逐渐趋近于圆。上述混凝土材料破坏面的基本特征，即试验规律，为混凝土材料强度理论的发展提供了指导原则。笔者从以下四个相互独立的方面来分析混凝土材料破坏面的特征：1)破坏面在主应力空

8、间的位置。各向同性混凝土材料的破坏面具有三轴对称性，且静水压力轴为破坏面的中心线，可以用拉端顶点与坐标原点的距离描述破坏面的空间位置，反映混凝土材料的三向拉伸强度，即内聚力效应。2)破坏面在某一静水压力处π平面上破坏曲线的开口程度。以三轴压缩条件为