[发明专利]一种考虑纤维滑移的钢纤维混凝土弹塑性本构模型构建方法

说明书

本发明提供一种考虑纤维滑移的钢纤维混凝土弹塑性本构模型，其特征在于，所述模型为：本发明运用复合材料混合理论，基于热力学耗散不等式，分别得到钢纤维和基体混凝土本构方程。基体混凝土为弹塑性本构模型，钢纤维为考虑纤维界面滑移的一维弹性本构模型。基体混凝土塑性采用Hsieh‑Ting‑Chen四参数屈服准则和Drucker‑Prager经典塑性流动法则，塑性硬化/软化准则采用修正的过镇海模型。考虑界面的钢纤维一维弹性本构模型参数由钢纤维拔出试验确定。混凝土弹塑性本构模型参数可通过单轴、真三轴压缩试验进行标定。该模型在细观尺度考虑钢纤维滑移机制，利用普通混凝土和钢纤维弹性本构结合构建钢纤维混凝土弹塑性本构模型，简单可行，对纤维混凝土基础理论研究具有重要促进意义。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种考虑纤维滑移的钢纤维混凝土弹塑性本构模型及其构建方法。

背景技术

近半个世纪以来，钢纤维混凝土以其优越的力学性能被广泛应用于房屋建筑、路面、铁路轨道、机场跑道、隧道衬砌、大坝等工程领域中。钢纤维混凝土本构模型的准确描述对钢纤维混凝土结构或构件的力学性能、非线性分析和安全性评估具有重要意义。目前建立起来的钢纤维混凝土本构关系模型多是基于宏观试验结果的数值性本构方程，对于钢纤维在细观尺度下对混凝土的增强机制并未进行体现。因此，钢纤维混凝土多尺度本构模型的建立对准确预测钢纤维混凝土的力学行为、揭示钢纤维增强机制、推动纤维混凝土的基础理论研究具有重要意义。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种钢纤维混凝土弹塑性损伤本构关系模型及其构建方法。

本发明提供了一种考虑纤维滑移的钢纤维混凝土弹塑性本构模型，所述模型为：

式中：σ_ij为应力张量的分量表示；ε_kl为应变张量的分量表示；为钢纤维混凝土弹塑性刚度矩阵，N为正整数，为方向为α的钢纤维弹性刚度矩阵；为基体混凝土弹塑性刚度矩阵，k_m为基体混凝土体积分数，为方向矢量为α钢纤维的体积分数；T为矩阵转置符号；D_ijkl为基体混凝土材料弹性刚度张量，G为基体混凝土剪切模量，ν为基体混凝土泊松比；δ_ij为 Kronecker函数，当i＝j时，δ_ij＝1，当i≠j时，δ_ij＝0；f为基体混凝土塑性屈服函数， f＝ρ-Kρ_f＝0；K为硬化函数，K(σ_ij,κ)为塑性强化/软化函数，κ为基体混凝土塑性硬化内变量；ρ_f定义了基体混凝土破坏包络面,为垂直于静水压力轴的应力分量；I₁为应力张量第一不变量，I₁＝σ_kk；J₂为偏应力张量S_ij第二不变量，而σ_kk为静水压力应力张量；a,b,c,d分别为材料常数， a＝2.0108；b＝0.9714；c＝9.1412；d＝0.2312。θ为相似角(Lode angle)， J3为偏应力张量的第三不变量，J₃＝|S_ij|；Fp为基体混凝土塑性流动势函数，αp是考虑混凝土体积膨胀的系数，一般取0.2≤α^P≤0.3。为钢纤维弹性刚度张量；Aα为钢纤维纤维方向转换矩阵；表示张量的并乘；θ,为纤维在欧拉空间的方向角，θ为纤维轴向与欧拉空间z轴的夹角，为欧拉平面(x0y面)纤维与坐标x轴夹角。

本发明还提供上述模型的构建方法，包括以下步骤：

步骤1：根据复合材料混合理论，钢纤维混凝土自由能密度包括基体混凝土自由能密度和钢纤维滑移自由能密度：