基于损伤理论的超高性能混凝土本构关系研究

发布时间：2020-07-21 21:49

【摘要】：很多试验研究已经证明,材料的破坏来源于材料内部初始缺陷的发展和新缺陷的产生,主要表现为材料中微孔洞的形成、成长及连接。超高性能混凝土的优良力学性能来自于其相对于普通混凝土更加致密的细观内部结构,但类似于超高性能混凝土这种多相材料,其内部的多尺度结构中必定有初始缺陷的存在。这些初始缺陷在荷载的作用下可能不断发展,从而造成材料性能的劣化。现代设计方法和建造水平的提高,迫使人们需要深入了解超高性能混凝土材料的破坏机理并对其进行预测。基于这一点,文章采用细观损伤力学方法研究超高性能混凝土材料细观结构中应力和应变之间的关系,并结合试验和数值拟合方法,从而能较为准确地确定出材料应力应变关系曲线。本文从细观损伤力学的角度,基于Gurson模型建立了适用于超高性能混凝土的体胞单元,以孔洞体积百分比f表征损伤的程度。在此模型基础上将f代入假定的位移摄动项中,通过给定的应变方程和边界条件利用势能极小原理推导出体胞单元在单轴对称加载作用下的本构关系。最后再由功率互等定理得到材料的宏观本构关系。根据最大密实度理论,在配合比一定的情况下,通过改变钢纤维掺量获得了一些具有可靠强度和稳定拉压应变的超高性能混凝土材料试件,并利用试验方法测得材料的相关性能数据。通过对材料试验数据对比发现在选用粗细混合纤维时,材料试件的综合性能更好。结合相关试验数据采用参数拟合的方法得到本构方程中相关参数的关系式。代入本文中试验数据给出了对应的应力应变关系曲线。计算了当弹模、泊松比、孔隙比不同取值时的应力-应变曲线,用数值拟合的方法提出了一个损伤本构关系的数学表达式。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528
【图文】：

配合比,孔洞,基体,中孔

UHPC 中孔洞现象及研究的意义之前研究学者已经注意到，材料的破坏来源于材料内部初始缺陷的生。例如 Tipper[1]，Puttick[2]在延性金属材料中观察到孔洞的增长导Rhines[3]揭示了塑胶中孔洞的增长和 Puttick[2]在铜中观察到的现象之于观测手段的问题，上个世纪八十年代 Slate[4]用显微镜对混凝土内并对其特性做了总结。现阶段技术水平的提升可以对材料内部缺陷察，借助于染色技术、图片处理技术以及扫描电子显微镜使得人们料内部结构在荷载作用下缺陷的发展情况。性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete, 以下简称 UHPC）是内部结构具有多尺度性，因此其组成成分之间必定存在缺陷。文献[5料 UHPC 的研究发现，在对比 28 天纯水泥静浆基体的孔结构时，发于等于 54%时，UHPC 的孔隙体积百分比是低于普通水泥静浆基体配合比下净浆基体 28 天龄期的电镜图片。

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西南交通大学硕士研究生学位论文基于 Gurson 理论的 UHPC 损伤本类型按其特征尺度可分为微观、细观和宏观三种情空穴、点缺陷、位错等，需要采用微观点阵模型来或量子统计力学的方法预测微观损伤对宏观力学行损伤。细观损伤通常指空洞、微裂纹、夹杂等。这及它们对材料力学行为的影响是损伤力学的热门课题学是从材料的细观结构出发，对不同的细观损伤机的物理与力学过程的研究来了解材料的破坏，并通构得出材料的宏观性质。图 2.1 表明了细观损伤力学

位移曲线,弯曲荷载,小梁,位移曲线

图 3.1 FR1-5 小梁弯曲荷载-位移曲线图 3.2 FR1-4 小梁弯曲荷载-位移曲线图 3.3 FR2-6 小梁弯曲荷载-位移曲线图 3.4 FR2-3 小梁弯曲荷载-位移曲线：纵坐标为荷载，单位为 kN，横坐标为位移，单位为 mm对比 MR1 和 MR2 可知，增加粗纤维的长度和直径对初裂强度有所提高，但总看影响不大，但抗折强度提高明显，而且 MR2 配合比拥有较 MR1 更好的变形能如图 3.1，图 3.4），最大变形可达 16mm，而且开裂后刚度变化缓慢，荷载-位移曲

【参考文献】