混凝土应变软化关系及其确定

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1、第37卷增刊1大连理工大学学报Vo1.37,Suppl.11997年8月JournalofdalianUniversityoftechnologyAug.1997X混凝土应变软化关系及其确定钱觉时王智罗晖(重庆建筑大学材料系630045)摘要在对混凝土应变软化关系物理意义及试验方法进行分析的基础上,提出一种新方法确定混凝土应变软化关系;这种方法根据比较容易获得的试验结果,通过数值计算,间接确定混凝土的应变软化关系.实际应用结果表明这种方法是比较简便有效的.关键词:混凝土;数值计算/应变软化分类号:TU37混凝土断裂行为的非线性数值分析所需的断裂参数,一般来说可由混凝土的应变软化关系来确

2、定;众多的混凝土裂缝模型(包括一些修正的线裂缝模型)对混凝土断裂行为分析都依赖于这种关系的确定.而这种关系试验测定的难度很大,目前还不大可能成为常规试验,因此如何准确确定这种关系意义非常重大.1混凝土应变软化关系及试验确定大量的试验研究结果显示,混凝土的断裂发生在某一区域内,先是大量的微裂缝产生、发展,然后汇合成可见的裂缝直至断裂.混凝土断裂过程中所产生的不可恢复变形集中在这一区域内;在断裂过程中这一区域的应变表现出应变软化现象.这一区域内各点的不可恢复变形并不相同;图1是受直接拉伸的混凝土板断裂时断裂区域的不可恢复变形的示意图,图中w假定为微裂缝区域的宽度.显然整个应变软化区域内真实

3、应力应变关系的表达是很困难的,通常要进行简化处理.可将断裂区域设想为线裂缝,也可将断裂区域设定为具有一定宽度的带状裂缝,且假定带状区域内任一点的应变是相同的,如图1所示.混凝土应变软化具有以下二个特征:1)当混凝土中应力达到混凝土抗拉强度ft后,将表现出应变软化现象;2)应变软化可用软化区域上的应力与不可恢复变形曲线来表示,曲线下围成的面积等于混凝土断裂参数断裂能GF.应变软化区域简化为线裂缝或带状裂缝后的应变软化关系,理论上可以通过直接拉伸试验来测定;具体测试如图2所示.在混凝土板上取宽度相等两区域A、B;A区域包含应变软化区域,且软化区域宽度与A、B区域相比很小;B为完好区域,两区

4、域的变形分别为$lA、$lB,应力变形关系分别如图2(a)、(b)所示.将完好区域的变形从软化区域变形中除去再进X国家自然科学基金资助项目(59308084)和霍英东教育基金资助项目收稿日期:1997-02-25;修订日期:1997-04-28钱觉时:男,1962年生,教授S62大连理工大学学报第37卷图1混凝土应变软化关系及其简化示意图行相应变换,即以变形D=$lA-$lB近似作为软化区域的不可恢复变形,就可得出图2(c)所示的应变软化关系曲线.〔1〕图2混凝土应变软化关系测试示意图由于断裂区域沿试件长度方向随机发生在某一位置,实际测试时为了测量变形的方便与准确,通常在混凝土板两边开

5、有切口将软化区域限定在切口区域内.这样测试范围的宽度可以取得比较小,通常取为切口的宽度;如果再忽略未软化区域的塑性变形,在实际测试时只需测定切口范围内的全应力变形关系曲线,然后进行相应变换即可得出应变软化关系.混凝土直接拉伸试验非常困难.随试验机技术的发展,一些研究者比较成功地对混凝土〔2〕应变软化关系进行了试验研究;他们以Reinhardt等为代表,但是直接拉伸试验测试混凝土的应变软化关系仍存在很多问题.表现在以下两点:1)混凝土断裂时不可恢复变形非常小,在直接拉伸试验时往往当荷载达到最大值后会迅速断裂,因而难以记录到下降段;即使采用电液式伺服试验机以及刚性非常大的试验机,只要在试件

6、断裂过程中释放的应变能大于断裂所需的能量,就将难以记录到软化段或者不能真实记录到软化关系的某一段.增刊1钱觉时等:混凝土应变软化关系及其确定S632)以开切口的方式将断裂区域限定在希望的区域内,但试验得出的应变软化关系忽略切口引起的应力集中,显然这与实际情况不符.2数值方法确定混凝土应变软化关系2.1基本思想〔3〕采用数值方法确定混凝土应变软化关系的设想较早就已提出.其基本思想可简单概括为:对于某种混凝土,首先假定其应变软化关系为某一函数表达式;然后采用数值方法计算特定条件下混凝土的力学行为,这种力学行为必须是易于通过试验获得的.将计算结果与试验测试结果对比,如果差别较大再假定新的函数

7、关系重复上述步骤,直至计算结果与测试结果差达到最小时即初步确定混凝土的应变软化关系为假定的函数形式.用初步确定的混凝土应变软化关系,再采用数值方法计算另一种情况下的易于试验获得的混凝土力学行为,并与测试结果对比,如果差别较大,再假定新的混凝土应变软化关系的函数表达式;重复上述步骤直至计算结果与试验结果差达到最小时,则最终确定混凝土的应变软化关系.如果随试件尺寸、形状以及加载形式变化计算结果仍与测试结果吻合,有理由认为这种假定的关系是真实的.采用