混凝土塑性-损伤本构模型研究.pdf

近年来混凝土塑性损伤本构模型被越来越多地用于结构非线性分析，已成为人们认识混凝土结构的力学性能，尤其是抗震性能所依赖的一项重要基础理论和实用分析工具。当前混凝土塑性损伤模型的研究呈现出损伤力学部分较为活跃，而塑性理论部分近于停滞的局面；广泛运用的塑性损伤模型对混凝土屈服、强化和流动的描述还面临着一些局限性。这些局限性不仅制约着塑性模型本身，在有些塑性损伤模型中还制约着损伤模型。本文针对混凝土塑性损伤模型中的屈服准则及相关的强化法则开展理论研究，主要内容和结论分为以下几部分：　　)提出了一种新的混凝土强度理论分类方法，并以此进行了评述。从各种应力不变量在应力空间中的几何意义出发，将众多混凝土强度理论按照其表示形式分为直角坐标形式、柱坐标形式、柱坐标直角坐标混合形式和其它形式四类。分析表明，现代混凝土强度理论大都表现为单纯的柱坐标形式；几乎所有强度准则都可以表达为关于应力和单轴抗压强度的齐次函数。　　)剖析了屈服准则的特点，并提出了新的标定方法。通过分析屈服面的子午线和偏平面迹线与参数之间的依赖关系，说明不规则锥面在三轴压缩区中的开口形状和开口角度无法同时得到控制。为均匀约束混凝土，提出依据内摩擦角确定参数的标定方法；为非均匀约束混凝土，提出借助参数与参数共同控制三轴压缩区屈服面的标定方法。　　)拓展了可用于混凝土塑性损伤模型的屈服函数类型。讨论屈服准则在一类塑性损伤模型中的损伤映射和强化演变，以及塑性损伤模型屈服准则中函数的齐次性；提出突破目前强加在屈服函数上的限制，将屈服函数的构造所需满足的条件放宽为具有关于应力和各个粘聚力的齐次性。　　)构造了一类适用于混凝土塑性损伤模型的新的齐次屈服函数。将现代混凝土强度理论中用于标定参数的几种应力状态下的强度，分别发展为相应的各条简单加载路径中的粘聚力，构造出一类关于应力和粘聚力的齐次屈服函数。大幅提高了塑性损伤模型的精度，扩展了其适用范围。　　)归纳了混凝土塑性损伤模型强化损伤参数的定义方法。就混凝土的塑性变形发展如何推进各个基本强化损伤模式的进程，提出了一种定性假设。总结出二类可用于定义多个强化损伤参数的方法：等效塑性变形率的分配和塑性变形率主分量的组合。　　)建立了用于标定混凝土塑性损伤模型的新的强化函数和损伤演化函数。为了克服峰值塑性应变的网格敏感性，对现有强化函数进行修正。为了区分均匀的和集中的能量耗散，并形成一个上升段不受网格划分影响的显式应力应变函数，进一步建立了新的分段强化函数和损伤演化函数。　　)推导了塑性损伤一致切线刚度。引入与（真实）有效应力张量正交相似的的假想有效应力张量，实现有效应力主分量与普通分量之间的转换，为基于标量损伤变量的塑性损伤模型推导出适合谱回映算法的一致切线刚度。