基于损伤理论的钢筋混凝土结构裂缝分析

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1、第43卷第8期同济大学学报(自然科学版)Vo1．43No．82015年8月JOURNALOFTONGJIUNIVERSITY(NATURALSCIENCE)Aug．2015文章编号：0253—374X(2015)08-1129-06DOI：10．11908／j．issn．0253—374x．2015．08．002基于损伤理论的钢筋混凝土结构裂缝分析任晓丹，李杰(同济大学土木工程学院，上海200092)摘要：依据裂缝开展与受拉损伤演化之间的内在联系，提出如果裂缝的开展超过一定的限值，就会对结构的使了基于损伤变量估计裂缝宽度的基本方法．将模型与损伤本用性能

2、产生影响．在某些特殊环境下，比如干湿交构关系以及非线性有限元方法结合，可以精细地描述钢筋混替、冻融交替、地下水侵蚀等环境下，裂缝的开展甚凝土构件在外力作用下的非线性行为，特别是裂缝开展规至会直接危及结构的安全．所以钢筋混凝土结构的律．与试验结果的对比表明，该方法不但具有良好的精度，而开裂，特别是外力作用下的裂缝开展宽度问题，是钢且能够描述构件非线性发展全过程中裂缝产生和扩展的规筋混凝土结构学研究的经典问题，很早就得到了国律．基于该方法精细分析混凝土结构中裂缝产生和发展的过内外研究者的重视[1≈]．在我国，东南大学、大连理工程，可以为实际工程的分析和设计

3、提供有力的依据．大学、清华大学等单位的学者对这一问题开展了系关键词：混凝土结构；裂缝宽度；损伤模型；非线性有限元统研究[4蜘，产生了一批重要成果，并构成了我国现法行规范裂缝宽度计算公式的基础．中图分类号：TU313文献标志码：A近年来，工程实践的发展对裂缝宽度的计算提DamageTheoryBasedAnalysisofCrack出了新的要求．首先，高强材料特别是高强钢筋的应用使得钢筋混凝土构件的使用应力提高，进而可能OpeningWidthforRCStructures提高裂缝宽度，而经典的裂缝宽度计算公式目前还删Xiaodan。LIJ／e比较缺乏高

4、强材料构件试验数据的有力支持；其次，(CollegeofCivilEngineering，TongjiUniversity，Shanghai200092，随着重大工程结构的兴建以及结构形式的创新，复China)杂的组合构件大量采用，其裂缝宽度的估计难以基于经典理论进行．另一方面，结构分析理论与数值技Abstract：StartingfromthedamagemodelproposedbythedesigncodeoftheRCstructure，amodeltoevaluatethecrack术的长足进步则为裂缝宽度的计算开辟了新途径．openingw

5、idthwasproposedconsideringthedependence经过多年的发展[7]，损伤力学模型已经成为混凝土betweendamageandcrack．Byimplementingtheproposed本构关系建模与结构非线性分析最为常用的模型之methodintothenonlinearfiniteelementpackage，thecrack一．基于损伤力学理论与结构非线性有限元分析，有propagationandopeningwithintheRCstructurecouldbe望对钢筋混凝土结构的裂缝宽度给出更加精细的描sim

6、ulatedinasubtleway．Theagreementbetweenthe述．本文即以此为切入点展开研究．simulatingresultsandtheexperimentaldatavalidatesandverifiestheproposedmethodwhichlaysasolidfoundationfortheengineeringanalysisanddesignofRCstructures．1混凝土损伤模型简述Keywords：concretestructure；crackopeningwidth；在外力作用下，混凝土表现出显著的软

7、化、弱化damagemodel；nonlinearfiniteelementmethod等力学行为．损伤力学引入损伤变量描述材料的非线性行为，能够兼顾混凝土非线性行为的物理机制通常情况下，钢筋混凝土构件是带裂缝工作的．和外在表现，所以越来越多地受到研究人员与工程收稿日期：2014一O5—24基金项目：国家自然科学基金(51261120374，51208374)第一作者：任晓丹(1981一)，男，副教授，工学博士，主要研究方向为混凝土多尺度损伤理论和结构非线性数值分析．E-mail：rxdtj@tongji．edu．Crl通讯作者：李杰(1957一)，男

8、，教授，博士生导师，工学博士，主要研究方向为随机动力学、混凝土损伤力学和工程系统可靠度E-ma