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1、第 卷 第 期年 月 日力 学 进 展 。 嘛。 ,关 于 钢 筋 混 凝 土 数 值 分 析 中 的 本 构 关 系江清 华 大 学 土 木 系 ,见 鲸北 京 邮 政 编 码提 要 本 文 对 钢 筋 混 凝 土 数 值 分 析 中 的 木 构 关 系 , 包 括 混 凝 土 的 本 构 关 系 , 钢 筋 的本 构 关 系 , 钢 筋 与 混 凝 土 之 间 的 粘 结 关 系 的 研 究 现 状 作 了 介 绍 与 评 述 , 对 今 后 的 发展 趋 势 发 表 了 一 些 看 法关 键 词 钢 筋 混 凝 土 本 构 关 系 拈 着概 迷对 钢 筋 混 凝 土 结 构 , 在 相
2、当 长 的 时 间 内 是 依 靠 经 验 公 式 进 行 设 计 与 分 析 的 近 几 十 年 来 ,随 着 电 子 计 算 机 的 普 及 和 力 学 分 析 方 法 的 进 展 , 钢 筋 混 凝 土 数 值 分 析 得 到 了 很 大 的 发 展 显然 , 材 料 的 本 构 关 系 是 力 学 计 算 的 基 础 和 前 提 在 近 多 年 中 , 有 关 混 凝 土 和 钢 筋 的 本 构 关系 得 到 了 广 泛 而 深 入 的 研 究 , 国 内 外 学 者 根 据 不 同 的 理 论 框 架 提 出 了 许 多 本 构 模 型 类 似 于弹 性 力 学 是 基 于 弹 性
3、本 构 关 系 , 土 力 学 是 基 于 土 体 的 特 殊 本 构 关 系 , 有 些 学 者 甚 至 建 议 将 基 于钢 筋 混 凝 土 的 特 殊 本 构 关 系 而 发 展 起 来 的 力 学 分 析 称 为 棍 凝 土 力 学 或 钢 筋 棍 凝 土 力 学 ” 下 面 介 绍 有 关 钢 筋 混 凝 土 的 特 殊 本 构 关 系 的 研 究 现 状混 凝 土 的 本 构 关 系混 凝 土 是 土 木 工 程 结 构 中 应 用 极 为 广 泛 的 材 料 ,构 关 系 也 是 很 复 杂 的 从 混 凝 土 受 单 轴 压 力 时 的 应 力应 变 关 系 图 来 看 , 混
4、 凝 土 卸 载 时 有 残 余 变 形 ,不 符 合 弹 性 关 系 要 应 用 弹 塑 性 本 构 关 系 , 又 很 难 精确 定 义 屈 服 条 件 此 外 , 混 凝 土 在 达 到 应 力 峰 值 后 , 其一 关 系 有 一 下 降 段 , 即 存 在 应 变 软 化 现 象 所 有 这些 都 给 建 立 混 凝 土 的 本 构 关 系 带 来 困 难 目 前 不 同 的学 者 所 建 议 的 本 构 模 型 不 下 几 十 种 , 所 根 据 的 理 论 框架 不 同 , 即 使 采 用 同 一 种 理 论 框 架 , 其 确 定 参 数 的 方法 也 不 尽 相 同但 由 于
5、 其 组 成 的 复 杂 性 和 多 样 性 , 其 本房 、图 混 凝 土 单 轴 受 压 时 的 应 力 应 变 关 系基 于 弹 性 理 论 的 本 构 模 型 弹 性 理 论 的 本 质 特 征 是 应 力 应 变 关 系 有 一 一 对 应 关 系其 中 最 简 单 的 是 线 弹 性 关 系 , , 。 “ 。或 对 于 各 向 同 性 材 料 , 本 构 矩 阵 中 只 有 两 个 独 立 常 数 , 常 用 , , 或 , 表 示 混 凝 土 是非 线 性 材 料 , 若 将 本 构 矩 阵 的 材 料 常 数 由 常 数 改 为 随 应 力 状 态 变 化 的 参 数 , 就
6、 可 得 到 非线 性 弹 性 也 可 称 为 变 弹 性 本 构 关 系 具 体 表 达 上 有 两 种 方 式全 量 形 式 增 量 形 式 心这 种 关 系 对 一 次 加 载 到 破 坏 的 分 析 是 很 实 用 的 , 因 一 次 加 载 的 极 限 承 载 力 是 工 程 师 最 关心 的 , 因 而 这 种 本 构 关 系 在 实 际 结 构 的 分 析 中 应 用 很 广 , 如 大 型 非 线 性 有 限 元 分 析 程 序程 序 今 , , “ , , 和 江 见 鲸 ” 等 的 工 作在 这 种 本 构 模 型 中 , 关 键 是 如 何 定 义 或 中 元 素 的 变
7、 化 规 律 年 代 有 些 学 者 采用 实 验 的 方 法 “ , , 但 因 变 化 因 素 太 多 而 难 以 推 广 目 前 比 较 常 用 的 是 采 用 维 一 关 系 推 广到 维 中 去 其 要 点 是 定 义 混 凝 土 的 破 坏 准 则 , 相 当 于 维 应 力 状 态 中 混 凝 土 的 强 度 定 义 一 种 非 线 性 指 标 夕 , 它 可 以 反 应 某 一 应 力 状 态 与 破 坏 时 应 力 状 态 相 比 所 处 的 应 力 水平 , 显 然 有 。 口 簇 , 选 定 一 种 维 一 表 达 式 , 由 夕 确 定 该 应 力 状 态 在 维 曲
8、线 上 的 相当 位 置 , 从 而 可 以 求 得 相 应 的 弹 性 常 数 具 体 算 法 可 参 看 , , 基 于 弹 塑 性 理 论 的 本 构 关 系 在 弹 塑 性 理 论 中 , 有 几 个 条 件 要 明 确 定 义 屈 服准 则 , 应 力 状 态 达 到 这 一 准 则 时 , 材 料 屈 服 未 屈 服 时 , 材 料 服 从 弹 性 关 系 , 屈 服 后 , 材 料有 塑 性 变 形 定 义 流 动 法 则 定 义 硬 化 法 则 确 定 卸 载 时 的 应 力 应 变 关 系 , 一 般 常 取卸 载 时 服 从 弹 性 本 构 关 系由 上 述 条 件 , 可
9、 以 导 出 弹 塑 性 通 用 本 构 矩 阵汇 。 一 一 器 器 器 。 器 一 ,对 于 混 凝 土 材 料 , 有 的 套 用 , 的 屈 服 准 则 , 但 更 多 的 是 针 对 混 凝 土 的 特点 提 出 屈 服 准 则 , 如 , ” , 。 。 , 江 见 鲸 ” , 俞 茂 宏 【 ,等 对 于 塑 性 势 函 数 口 , 大 多 采 用 相 关 流 动 法 则 , 即 取 口 , 少 数 采 用 非 相 关 流 动 法 则 ,如 韩 大 健 “ , 关 于 硬 化 法 则 , 大 多 采 用 等 向 强 化 , 但 也 有 采 用 随 动 强 化 “ 和 混 合 强
10、化 们的 由 于 弹 塑 性 本 构 关 系 不 仅 可 用 于 一 次 加 载 , 而 且 可 用 于 多 次 加 载 , 非 比 例 加 载 等 复 杂 加载 条 件 , 在 工 程 结 构 中 采 用 弹 塑 性 本 构 关 系 是 很 广 泛 的 , 如 张 之 勇 的 程 序 , 笔 者 ,的 程 序 等基 于 拈 弹 性 和 拈 塑 性 的 本 构 关 系 由 于 混 凝 土 有 蠕 变 性 能 , 因 而 有 些 学 者 采 用 粘 弹性 和 粘 塑 性 的 理 论 来 建 立 混 凝 土 的 本 构 关 系 最 常 用 的 是 采 用 模 型 , 模 型以 及 这 两 种 模
11、型 的 组 合 一 方 面 由 于 分 析 复 杂 , 另 一 方 面 也 由 于 实 验 困 难 而 艰 巨 , 目 前 应 用较 多 的 还 是 维 蠕 变 分 析 关 于 岩 土 工 程 的 维 粘 弹 性 分 析 , 其 本 构 关 系 也 已 导 出 , 见 殷 有泉 , 孙 钧 而 混 凝 土 与 岩 土 许 多 相 似 的 性 质 有 之 处 , 故 在 建 立 混 凝 土 材 料 的 粘 弹 性 或粘 塑 性 关 系 时 可 以 参 考内 时 理 论 的 本 构 模 型 内 时 理 论 的 基 本 想 法 是 采 用 一 个 能 表 征 变 形 历 史 和 应 力 水平 的 内
12、 变 量 , 称 为 “ 内 时 ” 即 内 蕴 时 , , 代 替 真 实 时 间 而 建 立 的 一 种 本 构一模 型 对 体 的 本 构 方 程口一 三 己刃取 , , ”代 替 , 则 式 变 成置 换 , 并 用 变 形 时 代 替 式 中 真 实 时 间 即 由 “ 内 时 ” 。 十 一 乃吐 乙若 初 始 条 件 为 二 。 , 叮 。 , 则 可 解 得 一 一 这 一 解 的 一 “ 关 系 示 于 图 中 从 图 可 见 , 它 能 较 好 地 反 应 混 凝 土 在 加 载 时 的 一 。 关 系对 于 卸 载 , 引 入 一 个 非 负 的 单 调 增 函 数】己
13、】将 方 程 改 写 为。 二 。 一 叮 澳 旦 二 。 一 面 ,艺由 加 载 变 为 卸 载 时 , 由 正 变 负 , 而 尹 不 变 , 如 图 所 示 这 样 处 理 , 可 以 描 述 卸 载时 不 可 恢 复 的 变 形 , 并 且 可 表 示 混 凝 土 卸 载 时 的 刚 度 退 化 现 象 这 样 便 简 单 而 巧 妙 地 描 述 了混 凝 土 加 载 、 卸 载 条 件 下 的 应 力 应 变 关 系, 寸 一 万 州 七 ,笠 兰 渊 焦 十卜 少 一 加 了 益 上 中右图 内 时 理 论 的 一 曲 线在 维 应 力 状 态 下 , 定 义 “ 内 时 ” 为二
14、 若 ,式 中 言 一 占 , 。 。 , , 。 , 若 , 护 亿 万 二 一 王 一 侧 舀 一 万 瓦 丁乙并 将 变 形 分 解 为 弹 性 变 形 和 非 弹 性 变 形 , 非 弹 性 变 形 中 包 括 了 塑 性 变 形 , 体 积 膨 胀 变 形 等弹 性 变 形 服 从 弹 性 定 律 , 非 弹 性 变 形 则 由 加 载 函 数 , 硬 化 、 软 化 等 函 数 来 表 达 , 其 中 待 定 参数 达 个 之 多 由 于 内 时 能 描 述 混 凝 土 的 复 杂 变 形 的 历 史 , 因 而 为 各 国 学 者 所 重 视 , 如 “ , , 范 镜 乱 。
15、、 宋 玉 普 ” 等 但 由 于 表 达 式 过 多 , 确 定 参 数 又 不 容 易 , 要 推 广 应用 仍 需 作 很 多 工 作损 伤 力 学 的 模 型 混 凝 土 在 加 载 之 前 就 存 在 着 微 观 裂 纹 , 加 载 以 后 裂 纹 扩 展 而 导 致破 坏 因 而 用 损 伤 力 学 的 观 点 来 描 述 混 凝 土 的 本 构 关 系 不 仅 可 作 宏 观 计 算 , 也 可 作 微 观 机 理的 说 明 损 伤 力 学 的 一 个 重 要 概 念 是 引 入 损 伤 变 量 , 使 本 构 关 系 一 。 显 然 , 提 时 为 无 损 伤 材 料 , 为
16、完 全 损 伤 材 料 损 伤 变 量 的 变 化 规 律 是 建立 木 构 关 系 的 关 键 不 同 学 者 提 出 了 不 同 的 模 式 , 例 如 建 议 , 在 单 向 应 力 状 态 下二 一一, 一 , 一 , 。 。 “ 一 ,拉 伸 , 一 。压 缩其 中 , , 为 损 伤 阂 值 当 。 。 , 时 , 才 考 虑 损 伤 , , , , 。 , 。 以 及 。 , 均 为 需 由 实 验 确定 的 材 料 常 数 在 维 应 力 状 态 下 , 可 采 用。 。 。其 中 为 弹 性 变 形 , 。 为 塑 性 变 形 , 了 为 损 伤 变 形 基 于 力 学 定 理 , 分 别 用
