混凝土弹塑性多轴损伤模型及其应用.aspx

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1、万方数据第47卷第4期207年7爿大连理工大学学报JournalofDalianUniversityofTechnologyVoI．47，No4Jul207文章编号：1000—86G8(2007)04—0567一06混凝土弹塑性多轴损伤模型及其应用杜荣强“～，林皋·(1大连理工大学土木水利学院，辽宁大连116024；2．山东科技大学土术工程系，山东青岛266510)摘要：针对混凝土多轴应力状态下各61异性损伤的特点，建立了各向Yr-性弹塑性损伤模型．该模型具有可清晰地表征混凝土的渐进破坏过程和表达当前损伤水平及结

2、构破坏趋势的优点．引入了一个应力状态园子．周以表征当前应力状态在应力空问中矩离破坏面的程度，从而对损伤演化方程进行了改进必考虑多轴效应．此外，在三轴破坏准则的基础上．还建立了考虑混凝土各向异性损伤破坏的多轴损伤破坏准则，其中包含r塑性．损伤内变量和有教主应力的影响．本模型可有效地表达出混凝土的各向异性和多轴损伤特点．关键词：弹塑性损伤；各向异性；多轴损伤破坏准则；损伤演化方程；动态破坏过程；拱坝1损伤安全系数中图分类号：0346．5；TU528，01文献标识码：AO引言混凝土具有损伤敏感性“1，强度、变形的各向异

3、性以及破坏是由于损伤渐进发展所致等材料和物理力学特性．研究已经证明，损伤力学可较为成功地模拟混凝土的应变软化和渐进破坏等特征，可用于解释棍凝土结构的静、动态破坏机理；也有很多工作建立了混凝土各向同性破坏准则并被广泛采用，如Hsieh—Ting—Chen准则等，但这些准则难以模拟其各向异性破坏特性．复合材料、金属等建立的各向异性破坏准则如Hill准则等，并不适用于混凝土材料，因为混凝土包含弹脆性、延塑性和损伤以及与其他材料相比具有不一样的率敏感表现等；并且不含损伤因素的破坏准则在描述混凝土渐进破坏过程和度量破损程度

4、方面比较困难．因此，建立考虑各向异性性状的混凝土损伤破坏准则和相应模型，对研究混凝土结构的破坏趋势、结构破损程度和动态渐进破坏过程有重要意义，尤其像大型复杂混凝土建筑物如高拱坝等这样的结构．数值模拟度量损伤的有效途径之一是利用基于维象学方法的损伤演化方程．已经有不少研究混凝土大坝损伤破坏的工作，如Zhou等oJ、Ghrib等口]、Valliappan等“3均采用单轴损伤演化方程计算损伤，利用建立的损伤模型分析了重力坝或拱坝的损伤破坏；陈健云等r5一利用李庆斌建立的动力损伤模型[61并考虑拉压损伤影响，分析了地震作

5、用下的拱坝损伤等．但这些工作均是利用基于混凝土单轴应力一应变关系的单轴损伤演化方程来度量损伤，而实际上很多混凝土结构如拱坝等基本上处于多轴应力工作状态下，此时围压对损伤演化的闽值和混凝土的强度及变形均有显著影响，应力一应变关系也发生了变化，损伤演化自然也发生了改变；并且混凝土损伤的各向异性将对结构破坏产生重要影响，在多轴状态下尤其如此；还有，混凝土损伤机理中不仅含有拉脆性损伤，也存在压缩下的延性损伤．因此，为能全面反映混凝土损伤的各向异性、多轴应力状态(多向破坏的影响)和延性或脆性，需要建立考虑多轴损伤破坏的混凝

6、土各向异性弹塑性损伤模型．文献[7]考虑了压缩状态下混凝土多轴塑性破坏模型，多轴破坏条件包含了3个独立的破坏准则．而对于混凝土，拉伸强度比压缩强度小很多，工程中拉伸破坏要比压缩破坏更为常见，对工收稿日期：2005—1I-04；修回日期2006，12—25基金项目；国家自然科学基金资助项目(重点项目90510018；50139010)．作者简介：杜菜强‘(1973)，男，博士，Email：longqd@163．conl，林皋(1929)，男，教授．博士生导师．中目科学院院士万方数据大连理工大学学报第47卷程安全更不

7、利．为较准确地模拟混凝土结构在实际工作状态下的响应，建立考虑拉伸破坏的多轴各向异性损伤破坏准则很有必要，然而这方面的工作还很少，既考虑损伤又和塑性联系的多轴损伤破坏准则目前还未见到．借鉴文献[72的混凝土压缩下多轴塑性破坏准则，本文结合混凝土的各向异性损伤和多轴损伤破坏特点，建立3个不仅能反映压缩塑性损伤软化破坏，而且可反映拉伸损伤破坏的多轴损伤破坏准则，破坏准则中使用有效应力和损伤的主量．1建立考虑各向异性的多轴损伤破胡：准则文献[73提供了压缩状态下混凝土的多轴塑性破坏准则，并用试验验证了所建立的模型．其形式

8、为F=(，1(d"％)，厶(％，岛z)，，3(t，，￡邮)}(1)其中f，j一口1(J1)一d1(￡p1)一0<，2一d2(J2，J3)一如(epl，￡。2)一0(2)【厂3一吒(t，2，J3)一如(cpl，Ep3)一0式中：；。。为等效塑性体积应变；；，。(i一2～3)为偏量等效塑性应变；j：、瓦和瓦表达了在相应有效应力下的破坏面应力大小；；。(z一1～3)与有效应力主