资源描述：
《混凝土受压构件的协同损伤机理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第27卷第5期青岛理工大学学报Vol.27No.52006JournalofQingdaoTechnologicalUniversity混凝土受压构件的协同损伤机理112魏金波,于广明,段欣(1.青岛理工大学土木工程学院,青岛266033;2.胜利工程设计咨询有限责任公司,东营257061)摘要:在混凝土受压构件损伤演化过程中,各组分之间表现出强烈的非线性相互作用.在这一过程中,裂纹由最初的随机分布状态向将要发生破坏区域集中演化,表现出从无序到有序演化的现象,具有明显的自组织特征.根据混凝土受压构件的自组织特性,建立其损伤演化的序参量方程
2、,求出定态解和非定态解,对混凝土受压构件损伤协同演化机理进行讨论.关键词:混凝土受压构件,协同学,损伤中图分类号:TU375[15]混凝土是由砂、石、水泥、水等组成的一种多相复合材料,内部结构存在许多微裂缝等缺陷.在受压荷载作用下,微裂缝等缺陷不断发展变化,导致混凝土损伤.国内外学者对混凝土受压构件损伤的过程进行了深入研究,但仍未能从本质上对其损伤进行解释.事实上,损伤问题跨越了固态物质从原子键断裂到固体出现宏观分离,高达100多倍的尺度差异,不同尺度以及不同因素对混凝土构件的宏观破坏如何影响,至今尚不十分清楚.混凝土受压构件在有外荷载
3、的作用下,处于远离平衡的状态,其损伤过程是一个包括微观到宏观各种尺度互相耦合的非线性过程,是复杂微结构缺陷的随机相互俘获(随机储存缺陷)和缺陷协调发展(几何储存缺陷)的过程.笔者基于混凝土受压构件的这些特性,研究了混凝土受压构件协同演化的损伤机理.1协同学的基本原理协同学的创始人是德国斯图加特大学哈肯教授.20世纪60年代初期,哈肯教授在研究激光时,发现激光的形成是一个典型的非平衡相变,他类比了各学科之间出现的非平衡相变,发现尽管不同系统的子系统是千差万别的,但它们在非平衡相变的演化过程中却遵从着相同或相似的微分方程.由此,哈肯得出了相变过
4、程和子系统性质无关的重要结论,并总结出物理化学系统中许多组织得很好的空间结构、时间结构或空-时结构都是从无序产生的.哈肯以概率论、随机理论为基础,阐明了大量无规律事件所遵从的必然规律,并于1970年在斯图加特大学冬季学期演讲中首次引入了协同学的概念.协同学在研究无序和有序转化规律时,采用了当代最先进的理论方法和数学方法,如信息论、控制论、非平衡统计等.同时,协同学也有自己一系列的基本概念和基本方法,从而形成一个科学的体系.!协同学用概率论和统计方法,把有序和无序变化的偶然性与必然性加以统一,从大量的偶然性中寻求这种变化的规律;∀协同学用系统
5、的结构,也叫序度(在协同学中相应的参量称为序参量)的概念和方法,来描述事物有序和无序的变化.知道了系统的序度,就可以确定系统的秩序状态;#协同学还试图用各种数学模式,描述有序和无序转化的不同类型,通过对不同数学方程求解,从而定量地描述有序和无序的转化.在系统演化过程中,随着控制变量的变化,越过临界点,其中的一个序参量占主导地位,单独决定系统的宏观结构.这时系统的有序,又是各子系统之间协同产生的高一级有序.在各个参量当中,有的参量从非平衡回到基金项目:山东省自然科学基金重点项目(批准号:Z2003F02)收稿日期:2005∃04∃0314青
6、岛理工大学学报第27卷平衡的时间,即驰豫时间较短,有的则较长,较长的一个就是主要序参量.从根本上来说,序参量的演化规律就代表着系统的总体演化规律.2混凝土受压构件的协同学损伤机理2.1序参量方程的建立图1直观地描述了混凝土单轴受压破坏过程.混凝土受力前(=0),在较大粗骨料的界面就存在初始[2][2]微裂纹.受力后直到极限荷载,混凝土内的微裂纹逐渐增多和扩展,可分为3个阶段:图1用X光观测的混凝土单轴受压的过程(1)微裂纹的相对稳定期(/max<03~05).混凝土压应力较小,垂直于加载方向的裂纹逐渐受压而闭合,而平行于加载方
7、向的裂纹还没来得及扩展,体积随压应力增大而减小,保持稳定.(2)稳定裂纹发展期(/max<075~09).随压应力增大,原有的粗骨料界面裂缝逐渐延伸和增宽,其它骨料界面又出现新的粘结裂缝.一些界面裂缝的伸展,渐次的进入水泥砂浆;水泥砂浆中原有裂缝处的应力集中将砂浆拉断,产生少量微裂缝.这一阶段,混凝土内微裂纹发展较多,体积开始恢复.但是当荷载不再增加,微裂缝的发展亦将停滞,体积仍然保持稳定.(3)不稳定裂纹发展期(/max>075~09).混凝土在更高的应力作用下,粗骨料的界面裂缝突然加宽和延伸,大量的进入水泥砂浆;水泥砂浆中
8、已有的裂缝也加快发展,并和相邻的粗骨料界面相连.这些裂缝逐个连通,构成大致平行于压应力方向的纵向劈裂裂缝,发生失稳.在这一阶段,垂直于加载方向的裂纹的占位体积参量渐
