多轴加载状态下混凝土损伤特性研究

论文摘要

混凝土结构的安全性、耐久性与维修加固已成为混凝土结构研究的重要研究方向,其中建立一种简便高效的损伤评估方法,对遭受损伤的新建和改建建筑物进行检测鉴定和评估是工程实践中迫切需要解决的问题。为了描述混凝土试件在经历各种荷载作用下,微裂纹萌生、扩展、汇集而造成材料的损伤过程,本文利用Najar损伤理论对混凝土在多轴加载条件下的损伤特性进行了比较深入的研究。首先,本文对混凝土开裂破坏的机理、损伤理论和各种类型的混凝土损伤模型进行了深入分析和综述,在此基础上,从能量损伤的角度出发,基于经典Najar损伤理论,利用高精度的Simpson积分方法建立了损伤模型及损伤演变方程。其次,本文重点是将单轴加载条件下的混凝土损伤模型推广应用到三轴受压状态,对单轴和多轴加载状态下混凝土损伤进行分析,为建立多轴加载条件下的混凝土损伤本构模型奠定理论基础。主要考虑的加载方式包括:单轴压缩、单轴拉伸、恒定单侧压比例加载,恒定不等双侧压比例加载,三轴比例加载及三向等压加载。结果表明,混凝土在多轴受压和单轴受压作用下的损伤有相似的发展趋势。各种类型加载历史下混凝土损伤都随着应变的增大而增大,且初始加载阶段损伤发展较快,加载末段损伤发展缓慢并趋于稳定值。但是,在相同应变历史条件下,三轴受压下的损伤值比单压下的损伤值明显偏小,而且随着侧压比例的增大损伤进一步减小,说明侧压有效限制了混凝土损伤的发展。另外,三向等比例加载状态下混凝土损伤近似沿直线增长,且损伤增长速率非常小,说明这种加载状态对于充分发挥混凝土受压特性是最有利的。最后,本文还以三轴比例加载为例,推演了峰值应力处损伤与峰值应变的关系,在一定加载比例范围内,可以利用混凝土峰值应变快速推演得到混凝土的损伤。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 混凝土损伤研究现状及发展趋势
• 1.2.1 混凝土损伤研究现状
• 1.2.2 混凝土损伤发展趋势
• 1.3 本文主要工作
• 2 损伤基本理论
• 2.1 混凝土损伤开裂破坏机理
• 2.2 损伤基本理论
• 2.2.1 基本原理－热力学理论
• 2.2.2 损伤的基本概念
• 2.2.3 能量等价原理
• 2.2.4 损伤能量释放率
• 2.3 混凝土损伤的定义
• 2.3.1 基于缺陷面积定义的损伤变量
• 2.3.2 基于弹性模量定义的损伤变量
• 2.3.3 基于强度劣化定义的损伤变量
• 2.4 小结
• 3 混凝土损伤模型
• 3.1 各种损伤模型概述
• 3.1.1 混凝土各向同性弹性损伤模型
• 3.1.2 混凝土各向异性弹性损伤模型
• 3.1.3 指数函数损伤模型
• 3.1.4 混凝土弹塑性损伤模型
• 3.1.5 混凝土正交异性损伤模型
• 3.2 基于 Najar 理论的能量损失损伤模型
• 3.3 小结
• 4 混凝土多轴状态下损伤特性
• 4.1 实验概述
• 4.1.1 试验加载及测试系统
• 4.1.2 试验材料
• 4.1.3 试验内容
• 4.1.4 试验方法及步骤
• 4.1.4.1 试验方法
• 4.1.4.2 试验步骤
• 4.2 多轴状态下混凝土的损伤
• 4.2.1 恒定单侧压加载下混凝土的损伤演化
• 4.2.2 恒定不等双侧压加载下混凝土的损伤演化
• 4.2.3 三轴比例及三向等压加载下混凝土的损伤
• 4.3 三轴比例加载下混凝土峰值损伤研究
• 4.4 小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 I 攻读学位期间发表的论文目录