连续损伤理论及其在混凝土上的应用VIP免费

连续损伤理论在混凝土上的应用作者：J.Mazars，GPijaudier—Cabot，学生们，美国土木工程师学会摘要：本文提出了一种对于不同混凝土模型的观点，该模型是基于连续损伤理论，在实验室deMtecaniqueetTechnologie（卡尚，法国）中推导出公式的。每个公式都是建立在物理观测的基础上，由不可逆过程热力学框架而来。受次生各向异性，延伸性，和方向性的影响，如封闭裂缝的讨论，并提出足够的损伤模型。最后，数值代入的实现提供一个良好的破坏过程的描述，以及对混凝土和钢筋混凝土结构的行为准确的预测。简介：许多材料，如混凝土，岩土，木材和复合材料的破坏是由于微裂纹的开展和闭合。在结构分析中这种被称为损伤的现象最常是被视为应变软化。为了建立这个破坏过程的模型，人们成功的提出了各种不同类型的本构关系，包括本构模型内蕴时间塑性理论（Bazant1986年），塑性断裂理论（Dougill1983年，DragonandMroz1979年）;总应变模型（Gerstleetal.1980;Kostovos1980年），随屈服极限减小的塑性理论（Wastiels1980年），以及最近的微平面模型（Bazant1980年;PandeandSharma1982年）。Kachanov（1958年）在1958年提出的徐变相关问题，使得最近连续损伤力学得以应用于渐进破坏的描述[金属和复合材料的静态失效（Dufailly1980年，Ladeveze1986，LemaitreandChaboche1978年）;材料的疲劳和徐变（Leckie1978）]。在20世纪80年代初，证实了损伤力学可以准确的模拟混凝土应变软化反应（Krajcinovic1983年，Ladeveze1983年，LemaitreandMazars1982年）和可以用不可逆过程热力学为框架编写相应的本构关系的公式（LemaitreandChaboche1985年）。考虑到材料是作为一组变量和热力学势所描述的系统，本构关系系统得随损伤运动学条件而派生。然而我们仍然应做出适当的势能和损伤变量的选择（标量，张量，等）。各种逐渐复杂的模型的提出以及混凝土及钢筋混凝土构件的数值实现的提出。其中热力学方法的优势，由可由我们选择的容许势能组成;为了说明我们的描述，我们把自己限定在由LaboratoiredeMecaniqueetTechnologie实验室中，由J.L.Clement,F.Collombet，C.LaBorderie，A.Zaborski共同组成的一个研究小组成果中。损伤模式在开始我们的分析之前，我们有必要回顾下混凝土反应的几个主要的方面，这将引导我们在理论公式的推导中做出适当的选择。此阶段混凝土可视为由三个成分制成的一种复合材料：水泥基质（微孔材料），骨料，连接基质和骨料的过渡区（Maso1982年）。在这个区域中，水合混凝土的结晶是具有高度方向性的（由于管壁效应）。它也是复合材料中最多孔的部分，因此，也是其最薄弱的区域。微观损伤机制已经可以由不同的技术观测到：X-射线（SlateandOleski1963年），显微镜（DhirandSangha，1974年），或声发射（Terrien1980）。这些调查也已被一个旨在更好地理解破坏过程（例如，Maso1982年）的模型所完成。它建立了：（1）损伤出现在阈值后，主要是在位于过渡区和水泥基质;（2）不同的损伤模式存在于应力状态和应力史之间的连系中。这两种类型的损伤是可以区分的：（1）水泥基质的微孔结构的破损是一个类型的损伤，这种损伤由在材料上的静水压力造成，同时可能导致聚合;（2）微裂纹的扩展最常位于水泥基质。当荷载扩大，I型的开裂占主导地位，但裂缝也可能根据加载史扩展成II或III型。断裂先端的摩擦也可能会带来额外的延展性。图1（a）总结了这些针对作用在材料上应力状态的观测数据。只有裂缝具有高度方向性并且于静水压力无关才会导致各项异性的存在。当由于裂纹的闭合发生所产生的荷载符号的相反时，固有存在的裂缝，初始刚度的恢复都是可以测量的。这种定向的现象称为“单边效应”，它是在梁受到循环加载时观察得到的（1987年Mazars和LaBorderie）。上图1（b）和（c）所示的是损伤的宏观影响。图中单轴的反应存在于拉伸和压缩。记录下的形状和最大应力是不同的，提出不同的损伤运动学，但最初的线性弹性行为仍然存在。损伤的增长会产生一个减少的卸载重载刚度和增加的永久应变。下面将介绍不同损伤参数，它们是描述被视为连续材料的反应的变化。损伤增长的方程将任意推出为最大的契合...