收稿日期:2001-02-15基金项目:国家杰出青年科学基金资助项目(59820105)作者简介:李杰(1957-),男,河南沈丘人,博士生导师,长江学者奖劢计划特聘教授.混凝土随机损伤本构关系李杰,张其云(同济大学建筑工程系,上海200092)摘要:结合破坏力学和统计力学的思想,研究了基于损伤随机演化观点的混凝土本构关系和混凝土受拉损伤发展随机演化规律.根据混凝土微细观材料破坏的声发射试验,确定了混凝土微单元破坏应变的随机分布特征.通过对混凝土受拉试件细观物理机制的分析,揭示了混凝土轴心受拉应力-应变关系中的应力跌落现象,并建立了跌落后的应力表达式.关键词:混凝土;本构关系;随机演化;随机损伤中图分类号:TU528.1文献标识码:A文章编号:0253-374X(2001)10-1135-07StudyofStochasticDamageConstitutiveRelationshipforConcreteMaterialLIJie,ZHANGQi-yun(DepartmentofBuildingEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)Abstract:Inthepaper,anewstochasticconstitutivemodelwasproposed,whichcandemonstratetherendomdamageevolutionlawofconcretematerialunderUni-axialtensionstress.BasedontheAcousticsEmissioncharacterduringthestrain-stresshistorytest,atraditionalspringmodelwasrenewedtoexplainthedamagemechanism.Inthemodel,byestablishingtherelationshipofthedistributecharacterandAEenergyemissionrate,thestrainstochasticfailurefield(SSFF)isformed.SothecourseofdamagedevelopmentissimulatedwiththeSSFF.Withintheframeofenergyequivalencelaw,thecriticalvalvestrainwhichbegantobeunstableandagaintostablewereconcludedinmeanlevel,sothemacrostrain-stresshistorycurvewasredisplayedbythefailuremechanismmodel.Thereasonforbrittlenessforconcretematerialcanalsobeexplainedbycompar2ingtheidealrepresentativeelementwiththegeneralelement.Inordertotestifythevalidityofthemodel,thecalculatedresultwascomparedwiththetestresult.Itshowsthatthemodelforecastedstrengthisquitenearthetestvalue.Andthemodelcanalsoforecastthescattersofconcreteinprobabilitymeans.Keywords:concrete;constitutiverelationship;randomevolution;randomdamage在外荷载或环境作用下、由于细观结构的缺陷(如微空洞、微裂纹等)所引起的材料或结构的劣化过程称为损伤[1].混凝土材料的显著特点是非均质性和多相多孔性,反映在力学性能的明显特征是宏观力学指标的离散性.混凝土材料受力全过程试验结果表明[2]:混凝土材料破坏过程与其内部损伤的发展密切相关.混凝土应力-应变全过程曲线具有明显的非线性和离散性特点.在使用过程中,混凝土材料内部不同层次、不同尺度的微损伤(微裂纹、微缺陷和微空洞)的萌生、扩展和连接,将导致混凝土宏观力学性能的劣化.在此过程中,由于初始损伤的随机性和损伤的随机演化,使得材料宏观的力学效应具有很强的离散性.在反映混凝土材料的这一特征方面,传统的确定性损伤力学具有第29卷第10期2001年10月同济大学学报JOURNALOFTONGJIUNIVERSITYVol.29No.10Oct.2001明显不足[3].因此,发展反映混凝土损伤本质特征的混凝土随机损伤本构理论具有重要的意义.与混凝土的确定性损伤本构关系的研究相比较,混凝土随机损伤的概念提出较晚,有关这方面的研究尚处于初步探索阶段.基于早期Danies在研究纤维束的强度和破坏时提出的弹簧模型[4],Krajcinovic[5]通过假设单个弹簧破坏强度为服从相同分布的随机变量,首先将概率引入损伤的定义,部分地摸拟了混凝土材料的破坏机理,但Krajcinovic所定义的损伤为弹簧的破坏概率,在给定弹簧分布的情况下是一均值意义的损伤,因而不能确定损伤演化的变异信息.Kandarpa[6]等通过对Krajcinovic模型的扩展,假定混凝土破坏强度为一连续的破坏随机场,导出受压混凝土破坏的应力-应变关系以及损伤的统计特征,但模型的建模依据为受拉破坏机理而结论验证却采用受压实验结果,同时模型不能解释受拉实验过程中的应力跌落现象,从机理意义上难以将模型向复杂应力状态推广.针对上述问题,本文对Kandarpa[6]模型进行了三点改进:①在经典损伤...
