复杂应力状态下混凝土力学行为试验研究

摘要

本文对混凝土在单轴和三轴压缩循环载荷作用下的力学行为进行了详细的试验研究。同时分析了根据非经典塑性理论建立的弹塑性损伤本构模型，在此基础上发展了相应的数值分析方，对混凝土在复杂加载史下的响应和损伤进行了分析计算。 在试验方面，试验设备采用MTS815液压伺服力学系统，该设备轴向最大加载载荷2800kN，围压最大80MPa。单轴循环压缩试验分别考虑了循环频率、循环增幅、初始荷载三种因素对混凝土力学性能的影响。试验结果表明：在本试验范围内几种参数对混凝土峰值应变的影响都很小，其中循环频率、循环增幅对混凝土单轴循环抗压强度影响较小，而初始荷载的大小对强度有一定影响。 三轴压缩试验包括三轴等围压单调和循环压缩试验，试验主要考虑了围压对混凝土力学性能的影响，从试验结果来看，围压对两种加载条件下混凝土的强度都有一定影响，随着围压的增加混凝土的强度增大，在相同围压水平下，二者的强度比较接近。而围压对混凝土变形的影响就稍有不同，随着围压水平的提高，三轴单调压缩下试件产生的变形要明显大于三轴循环压缩。 在理论方面，基于含内变量的不可逆热力学，通过在由不可逆应变和牛顿时间所构成的空间中，合理定义广义时间、引入四阶各向异性损伤张量，得到的描述混凝土弹塑性损伤行为的本构模型，该模型能够考虑复杂应力状态下材料的响应特性、各向异性损伤和静水压力的影响。 建立了混凝土弹塑性损伤本构模型在复杂加载条件下的数值分析方法，对混凝土在三轴等围压单调加载和循环加载史下的响应特性进行了计算，得到了相应的应力．应变曲线。计算结果表明，理论值与试验结果吻合较好，在试验中得到的现象均可用模型进行描述，该模型能较好的反映混凝土在不同围压下的力学行为。另外，计算了损伤变量的演化规律，得到了与实际相符合的结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2混凝土力学行为研究现状

1.2.1试验研究

1.2.2理论研究

1.3混凝土损伤力学的研究进展和发展趋势

1.4本文工作

2混凝土单轴循环压缩试验

2.1试验方法

2.1.1试验设备

2.1.2试件

2.1.3实验过程

2.2单轴压缩循环试验结果及分析

2.2.1循环频率对混凝土力学行为的影响

2.2.2循环增幅对混凝土力学行为的影响

2.2.3初始荷载对混凝土力学行为的影响

2.2.4单轴循环压缩应力-应变包络线与单轴受压应力-应变曲线

2.3本章小结

3混凝土三轴压缩试验

3.1三轴等围压单调压缩试验结果及分析

3.2三轴等围压循环压缩试验结果及分析

3.3两种三轴加载试验结果的比较

3.4本章小结

4混凝土弹塑性损伤本构模型及其应用

4.1引言

4.2连续介质弹塑性损伤本构模型

4.2.1偏量应力应变关系

4.2.2体积应力应变关系

4.3损伤描述

4.3.1损伤变量及其演化

4.3.2投影张量和损伤张量分解

4.4本构模型的应用与验证

4.4.1弹塑性本构方程

4.4.2损伤演化

4.4.3数值计算与试验验证

5结论

致谢

参考文献

附录