【摘要】：針對混凝土在不同應(yīng)變率加載作用下的變形和強(qiáng)度特征,在現(xiàn)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)研究基礎(chǔ)上,首先提出了基于熱力學(xué)定律的一般彈塑性損傷模型,再將應(yīng)變率敏感性參數(shù)引入其中,推導(dǎo)出了應(yīng)變率型彈塑性損傷本構(gòu)模型.模型計算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較表明,所建立的本構(gòu)模型可以很好地描述混凝土在不同加載速率時的力學(xué)特征.應(yīng)用該模型可預(yù)測大范圍應(yīng)變加載情況下混凝土破壞強(qiáng)度.結(jié)果表明:應(yīng)變率對混凝土力學(xué)性能影響較大.
【圖文】：

１４０．１６７．０×１０－３６０００圖１不同應(yīng)變率加載下混凝土的單軸壓縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)［１３］與模擬曲線對比Ｆｉｇ．１Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ［１３］ａｎｄｎｕｍｅｒ－ｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｇｅｎｅｒａｌｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃｄａｍａｇｅｍｏｄｅｌａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒａｉｎｒａｔｅｓ應(yīng)用本文提出的彈塑性損傷本構(gòu)模型，對應(yīng)變率為１０－２～１０－５／ｓ下混凝土單軸受壓情況進(jìn)行模擬．圖１為試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)［１３］與模擬應(yīng)力－應(yīng)變曲線的對比圖．由圖１可以看出，混凝土強(qiáng)度隨應(yīng)變率的增加而增大，達(dá)到破壞荷載時的臨界應(yīng)變幾乎不變．由圖１還可看出模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較吻合，能較好地反映混凝土試件在受壓過程中的彈塑性損傷特征：在荷載較小時，試件處于彈性變形階段；隨著荷載不斷增加，材料的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系不再呈現(xiàn)線性，說明不可恢復(fù)變形隨著荷載的增加而增加．可以看出，在不同加載速率下，本文所采用彈塑性損傷本構(gòu)模型均可較好地描述材料應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系．２應(yīng)變率型彈塑性損傷本構(gòu)模型一般認(rèn)為，材料的力學(xué)特征參數(shù)是材料屬性，與試驗(yàn)加載過程關(guān)聯(lián)不大．由表１可以看出，隨著應(yīng)變率的變化，混凝土力學(xué)性能參數(shù)有一定變化，其中Ｅ和ξｄ變化顯著，這與材料內(nèi)在屬性不符．同時，通過已有的有限試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得的模型參數(shù)（表１），利用一般彈塑性損傷本構(gòu)模型無法對其他應(yīng)變率加載下的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行廣泛而有效的描述．宋玉普等［７］的研究發(fā)現(xiàn)，，隨著應(yīng)變率不斷降低，材料的力學(xué)性能變得愈加穩(wěn)定

已有的有限試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得的模型參數(shù)（表１），利用一般彈塑性損傷本構(gòu)模型無法對其他應(yīng)變率加載下的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行廣泛而有效的描述．宋玉普等［７］的研究發(fā)現(xiàn)，隨著應(yīng)變率不斷降低，材料的力學(xué)性能變得愈加穩(wěn)定．因此認(rèn)為在擬靜態(tài)應(yīng)變率ε·０加載時，Ｅ和ξｄ值可認(rèn)為是材料的內(nèi)在屬性，用Ｅ０和ξ０ｄ來表示擬靜態(tài)應(yīng)變率加載時的彈性模量和損傷閾值．任意動態(tài)應(yīng)變率ε·時的模型參數(shù)Ｅ和ξｄ都可用Ｅ０和ξ０ｄ進(jìn)行描述．圖２是不同應(yīng)變率時混凝土彈性模量變化曲線．由圖２可以看出，混凝土彈性模量與應(yīng)變率呈線性關(guān)系．對圖２進(jìn)行曲線擬合，得到：Ｅ＝Ｅ０［１＋ａｌｇ（ε·／ε·０）］（１１）式中：ａ為應(yīng)變率敏感性參數(shù)，反映了混凝土彈性模量對應(yīng)變率變化的敏感性．圖２彈性模量與應(yīng)變率的關(guān)系Ｆｉｇ．２Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｓｔａｉｎｒａｔｅ圖３為整理得到的損傷閾值ξｄ隨應(yīng)變率變化的關(guān)系．對圖３進(jìn)行曲線擬合，得到：ξｄ＝ξ０ｄ［１＋ｂ１ｌｇ（ε·／ε·０）＋ｂ２ｌｇ（ε·／ε·０）２］（１２）式中：ｂ１，ｂ２是曲線擬合參數(shù)，反映了混凝土損傷閾值對應(yīng)變率的敏感性．其他參數(shù)不變，擬靜態(tài)應(yīng)變率ε·０＝１×１０－５／ｓ時，Ｅ０＝１１ＧＰａ，ξ０ｄ＝４１００Ｐａ．將此時的Ｅ０，ξ０ｄ值代入式（１１），（１２），可以得出不同應(yīng)變率下的Ｅ和

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