[发明专利]一种实现约束混凝土性能预测的关键参数确定方法

说明书

本发明公开一种实现约束混凝土性能预测的关键参数确定方法，建立冻融塑性损伤模型，采用等效应力空间的弹塑性损伤模型与冻融混凝土标量损伤参数构建适用于混凝土的塑性‑损伤性能预测的冻融塑性损伤模型；利用冻融塑性损伤模型对约束混凝土性能进行预测；根据混凝土单轴压缩加卸载试验确定所述冻融塑性损伤模型中的硬化参数，根据混凝土单轴拉伸加卸载试验和混凝土单轴压缩加卸载试验确定所述冻融塑性损伤模型中的损伤参数。本发明能够更好地描述混凝土复杂的变形行为，能够有效确定实现约束混凝土性能预测的关键参数即混凝土断裂参数的获取，提高混凝土性能预测的准确度，有效反映试验中混凝土的刚度退化。

技术领域

本发明属于混凝土检测技术领域，特别是涉及一种实现约束混凝土性能预测的关键参数确定方法。

背景技术

材料的本构关系是材料内部微观机理的宏观表现，是构件和结构进行承载力、变形分析的基础。材料的力学行为与材料类型密切相关，不同的材料需要采用不同的本构关系分析其力学响应。经典连续介质力学理论认为材料是连续的、均质的，在所考虑尺度上不包含任何微观结构、缺陷和孔洞等。弹性、弹塑性、粘塑性、粘弹性本构模型都属于经典连续介质理论。连续损伤力学理论考虑孔洞、微裂纹对材料力学性能的影响，其研究的对象为代表性体积单元，但仍认为材料宏观上是均质的。经典的连续损伤力学模型有Lemaitre模型和Gurson模型。

混凝土的变形属于复杂的非线性问题，一方面，细观尺度上微裂缝、微缺陷的萌生与扩展造成材料内部损伤，引起宏观的刚度退化；另一方面，细观机制上材料内部发生滑移，表现为宏观塑性流动。因此构建符合混凝土变形特征的本构关系需要考虑塑性流动与损伤演化两种机制。此外，混凝土的拉伸、压缩性质具有明显差异，这一方面在本构关系中也应体现。

国内外学者对混凝土在冻融作用下的性能劣化规律以及损伤机理取得了一定的科研成果，但仍然存在以下方面的不足：目前混凝土冻融作用下的性能劣化主要集中于质量损失、相对动弹性模量、抗压强度等，对冻融损伤混凝土的断裂性能研究很少。混凝土断裂参数对于判定混凝土裂纹萌生、扩展以及构件失效至关重要，因此冻融损伤下混凝土断裂性能退化规律的研究必不可少。混凝土软化模型普遍假定抗拉强度作为裂纹起始应力，这一假设的合理性以及确定裂纹起始应力的相关研究至今未见报道。由于混凝土的开裂对于混凝土结构的受力状态和耐久性具有重要影响，准确确定混凝土的开裂起始应力至关重要。材料的经典本构关系中，单一塑性模型不能反映试验中混凝土的刚度退化；单一损伤模型无法描述材料发生的不可恢复变形。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种实现约束混凝土性能预测的关键参数确定方法，能够更好地描述混凝土复杂的变形行为，能够有效确定实现约束混凝土性能预测的关键参数即混凝土断裂参数的获取，提高混凝土性能预测的准确度，有效反映试验中混凝土的刚度退化。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种实现约束混凝土性能预测的关键参数确定方法，包括步骤：

建立冻融塑性损伤模型，采用等效应力空间的弹塑性损伤模型与冻融混凝土标量损伤参数构建适用于混凝土的塑性-损伤性能预测的冻融塑性损伤模型；

利用冻融塑性损伤模型对约束混凝土性能进行预测；

根据混凝土单轴压缩加卸载试验确定所述冻融塑性损伤模型中的硬化参数，根据混凝土单轴拉伸加卸载试验和混凝土单轴压缩加卸载试验确定所述冻融塑性损伤模型中的损伤参数。

进一步的是，所述冻融混凝土标量损伤参数包括静水压对屈服的影响、压缩体积膨胀参数、拉伸性能和压缩性能参数；所述弹塑性损伤模型考虑损伤演化与塑性流动两种基本的材料非线性细观因素影响，基于不可逆热力学原理，根据损伤能释放率确定损伤准则和损伤内变量的演化，同时在有效应力空间内确定材料的塑性变形，建立所述弹塑性损伤模型。