浅析断裂力学和损伤力学在混凝土中的应用作者：姚山
来源：《居业》2018年第08期
[摘要]随着我国经济的不断发展，我国的基础设施建设速度也在不断加快。一方面我国人口众多，需要大量的基础设施建设来满足人们的需求；另一方面我国经济的发展使得地区之间的联系越来越紧密，这就需要密集的交通线路来满足人们的需求。在交通方面我们现在有发达的铁路和公路网，尤其在高铁建设方面，我国高铁总里程是世界最长，并且发展最为完善的国家。
[关键词]断裂力学；损伤力学；混凝土
文章编号：2095 - 4085（2018） 08 - 0100 - 02
1 混凝土应用过程中出现的受损现象
混凝土在工程施工过程中由于良好的和易性和黏合性能够很好的实现与各种混合材料的结合，但是在使用过程中可能会出现多种问题。一方面由于混凝土是多种材料混合而成，并且在实际的工程施工过程中混凝土会与钢筋等金属材料混合使用，在温度异常变化的地区，由于热胀冷缩，混凝土中各种材质受热膨胀程度不同，造成了混凝土内部受力结构受损，最终表现在墙体表面出现墙体的裂缝。并且金属材料受温度影响较大，更容易在温度较高的时候发生膨胀现象。另一方面由于长时间的受力作用，混凝土墙体可能出现受力不均的现象，部分地区受力过大，而有些地方受力较小，这些也会造成混凝土出现开裂和变形。
2 断裂力学和损伤力学的介绍
2.1断裂力学的介绍
随着科技的不断发展，大型和超大型的工程建设项目不断增加，但是这些项目在经过长时间的使用过程中也会出现各种问题，比如工程结构及其零件的断裂，这种事故经常会造成大量的人员伤亡和财产损失。为了能够找到工程断裂的原因以及找到应对这种事故的方法，断裂力学作为一门新型的学科逐渐受到了人们的重视。通过人们的研究发现几乎所有的断裂事故均发生在结构的缺陷处，而传统的设计思想存在着一定的问题，即把应用中的材料看作是没有瑕疵的连续的完整体，容易忽视材料中存在的问题和缺陷。
2.2损伤力学的介绍
损伤力学一开始通过用连续变量描述受损的连续性变化过程，但是该理论在提出之后没有得到更大范围的推广，也没有在实际工程中得到应用。直到20世纪70年代，损伤力学在金属材料中才开始得到一定程度的应用。并且在接下来的几十年里损伤力学的应用逐渐得到了推广
和使用，并且在实际的工程施工分析中也得到了应用。损伤力学属于固体力学的一个分支，其中会涉及到许多的物理学和材料学原理。材料的内部多多少少会存在着一定的损伤，这些损伤可能是在材料生产过程中因为杂质的进入或者生产工艺本身缺陷所致，虽然在使用中可能对结构体本身不会产生过大的干扰，但是长时间的受力作用可能会使结构损伤部位发生更为严重的应力破坏，有的甚至开始出现裂纹。
3 断裂力学和损伤力学在混凝土中的应用
混凝土材料凭借其高强度、耐腐蚀性等特性，在现在的土木工程建设过程中得到了广泛的推广，而混凝土结构的强度的影响也并非是单一的，在实际的工程实践过程中混凝土中会掺杂各种杂质，这些杂质的数量会严重影响混凝土的强度和结合性。通过我们长时间的实验探究发现，混凝土属于典型的非均匀材料，由于混凝土在混合的过程中并不能够按照每方的添加材料进行混合设计，而是大量的材料混合生产，在生产过程中混凝土的混合密度会存在着不同，这种情况会造成混凝土受力的不均。并且在长时间的使用过程中混凝土的受力不均现象会被不断放大。混合较为充分比例更加合理的部分混凝土强度明显更强，而混合较弱，比例不够均匀的地方其强度也会较弱，这就造成了混凝土材料构件内部的受力不均现象，并且会存在较大的受力差距，而一旦发生较为严重的撞击或者长时间的承受巨大外力的情况，混凝土便会出现断裂和受损的现象。
断裂力学和损伤力学在混凝土的受力和损伤分析中应用性较强，一方面通过建立各种混凝土模型在实验室中对混凝土的断裂和损伤受力情况进行分析。在现在的工程建设过程中，我们通过对实际混凝土建筑的研究和混凝土建筑受损情况考察，收集了大量的混凝土断裂和受损的数据，通过这些数据我们在电脑上建立受损或者开裂的混凝土模型，并且通过断裂力学和结构力学应用于混凝土裂缝和受损未知的分析中。混凝土结构的断裂是受力不均或者受到外力的猛力撞击导致的，这个时候我们可以在模型的受损处施加模拟的受力，观察混凝土模型在遭受撞击的过程中裂缝的受力情况，这样对于混凝土结构受力的分析便能够更加清晰和准确。通过该公式能够获得在裂缝尖端形成应力集中或应力趋于无穷大的奇异性：其中G是衡量裂缝扩展的重要指标，它是指扩展单位裂缝表面积（A），裂缝体所释放的应变能（U）。
当然，混凝土模型的建立需要我们经过长时间的技术积累和实际的工程建设和现场分析中才能够得到，并且这些受力损伤过程的主要影响因素也并不相同，仍需建立多种影响因素的模型，这样才能够在混凝土的受力分析中更加精确和实际的得到混凝土的受损情况和可承受能力。
4 结语
混凝土工程是现在社会中最为常见的工程之一，常会遇到混凝土在长时间的使用过程中出现开裂和变形的问题。而断裂力学和损伤力学在混凝土结构受力受损情况的分析中能够发挥较好的作用，所以开裂力学和损伤力学在混凝土中的应用应该得到大力的推广。
参考文献：
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