混凝土真三轴力学性能试验与本构理论研究.pdf

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1、学校代码：10286分类号：U44密级：公开UDC：624学号：152480混凝土真三轴力学性能试验与本构理论研究研究生姓名：任政导师姓名：黄侨教授申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称土木工程论文答辩日期2018年6月1日二级学科名称桥梁与隧道工程学位授予日期2018年月日答辩委员会主席王文炜教授评阅人艾军教授万水教授2018年6月1日硕士学位论文混凝土真三轴力学性能试验与本构理论研究专业名称：桥梁与隧道工程研究生姓名：任政导师姓名：黄侨教授EXPERIMENTALRESEARCHONTHETRUETRIAXIALMECHANICALPROPERTIESANDCONSTITU

2、TIVETHEORYOFCONCRETEAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYRenZhengSupervisedbyProf.HuangQiaoSchoolofTransportationSoutheastUniversityMay2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学

3、位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理

4、。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要混凝土是土木工程中应用最广泛的建筑材料之一，但由于混凝土材料的复杂性，关于混凝土研究的一些关键问题仍然没有得到完全解决，比如混凝土材料的本构关系以及混凝土结构的非线性分析。如何科学有效地反映混凝土结构在复杂应力状态下的受力全过程，如何利用对混凝土问题的科学认识来有效地设计和控制工程中混凝土结构的力学响应，仍是一个巨大挑战。本文对于混凝土的力学行为本质做出一些理论层面的初步探索，并利用MATLAB编写了关于混凝土屈服准则、本构关系与数据处理的程序，以及利用FORTRAN自定义混凝土本构模型并进行了ANSYS二次开发的工作，致力于将对混凝土问题的科学认识服务

5、于工程实践。本文从试验研究、理论分析与数值模拟三个方面对混凝土在多轴应力状态下的力学性能展开研究，主要的研究工作如下：（1）探讨了基于规范的混凝土结构设计方法的主要不足之处，指出基于规范的结构分析方法在反映混凝土多轴应力状态下力学响应方面还有所欠缺；整理归纳了混凝土破坏准则的研究现状，包括古典强度理论、三参数破坏准则、四参数破坏准则以及五参数破坏准则；此外，还整理归纳了混凝土本构关系的研究现状，包括弹性理论、非线性弹性理论、弹塑性理论、流变学理论、内时理论、断裂力学理论与损伤力学理论。（2）对混凝土真三轴力学性能试验进行了详细介绍，包括混凝土配合比设计、试验工况设计、真三轴试验设备原理、试验

6、过程等。开展了混凝土单轴受压、双轴受压、三轴受压以及劈裂试验，并对混凝土真三轴试验数据进行了整理分析。分析结果表明，对于多轴受压工况，混凝土试件的峰值应力随着其围压应力水平的增大而增大；但当混凝土试件的围压值超过混凝土的单轴受压线弹性极限强度时，峰值应力逐渐减小；此外，混凝土多轴受压强度值具有随机分布的特性。（3）针对在混凝土真三轴试验过程中，加载板与混凝土试件之间是否设置减摩垫层对混凝土强度影响的问题，利用大型通用有限元软件ANSYS进行接触非线性的数值模拟，数值模拟结果反映了设置减摩垫层的必要性。（4）介绍了应力空间中的屈服面特性，总结了主应力空间中混凝土破坏面的特点。提出改进的混凝土四

7、参数破坏准则，通过对真三轴试验数据的回归分析来确定破坏准则函数表达式中的待定系数。建立了混凝土的硬化法则，并基于梯度下降算法拟合混凝土在主应力空间中的初始屈服面。（5）推导了各向异性增量模型的矩阵表达形式，基于增量塑性理论建立混凝土的I东南大学硕士学位论文塑性流动法则，基于损伤能释放率建立混凝土的损伤准则与损伤演化法则。采用算子分离算法建立混凝土在多轴应力状态下的本构模型。将数值模拟与真三轴试验得到的本构曲线