混凝土中的塑性本构模型
摘 要：混凝土由于其都特的性能，现今已成为土木建筑工程中应用最广泛的建筑材料之一。由于其自身具有不匀质性，研究其力学性能时需建立特殊的本构关系。本文阐述了混凝土在压应力下的应力应变关系，引用现有塑性本构模型理论，本分析了其不足。
关键词：应力-应变；塑性本构关系
1 引言
混凝土是现代建筑中使用量最大的建筑材料，在隧道、桥梁、工业与民用建筑等各类工程中发挥着重要作用。混凝土内部结构中含有砂石骨料、水泥石、游离水分和气泡，而水泥石中又含有凝胶、警惕和未水化的水泥颗粒。作为一种胶凝材料，不同组分的固有性质、配合比及固液气三相之间物理化学反应，使得混凝土材料类型多样。混凝土内部含有大量的微裂缝和微空洞，使其具有非线性、随机性等力学行为特点[1]，与可作为均质体假定的金属材料物理力学性质有较大不同。
本构关系的研究一直是混凝土材料基础理论科学的研究重点。传统的混凝土结构分析中,由于受到计算能力的限制,以及对材料本身性能了解不足,对构件与结构分析一般在线弹性范围内进行,而早期的混凝土构件与结构相对比较简单,因此这种分析方法在当时起到了一定的作用。但是随着混凝土在复杂结构中的广泛应用,需要对结构进行比较精确的分析。这时简单但比较粗糙的线弹性本构模型的局限性显露了出来。随着计算机技术和计算理论的快速发展，60年代以来,有限元技术及其发展成为复杂结构分析的一种有力工具。早期对混凝土结构进行有限元分析的实践表明:误差的主要来源是所选用的混凝土本构模型不能很好地描述材料的本构行为。因此对混凝土本构关系进行更深入更精确的研究愈显必要。现已发展形成了多种理论本构模型，如弹性力学本构模型、塑性力学本构模型、断裂力学本构模型、损伤力学本构模型，以及针对高温、低温等特定关系下的本构模型。
由于混凝土材料在卸载后存在残余变形，适合采用塑性理论来描述，这样就形成以塑性理论为基础的混凝土弹塑性本构模型。金属材料的塑性理论目前已经比较成熟，混凝土的塑性模型也具有较完备的理论基础，可以描述混凝土的循环响应待性、卸载非弹性响应等非线性弹性模型无法描述的本构现象，其适用范围较非线性弹性模型大，能够较好地反映混凝土的主要性能，如:受拉脆性破坏、受压延性破坏、卸载再加载、非比例加载、混凝土硬化、体积膨胀等，所以在工程中弹塑性本构模型的应用也是很广泛的。
混凝土与其它准脆性材料得塑性损伤模型
这部分介绍得就是ABAQUS提供分析混凝土与其它准脆性材料得混凝土塑性损伤模型。ABAQUS 材料库中也包括分析混凝得其它模型如基于弥散裂纹方法得土本构模型、她们分别就是在AＢＡQUS/Staｎdａrd
“Aｎ ｉnelastiｃ constｉｔutive model fｏr ｃonｃrete," Secｔｉoｎ 4。５.１, 中得弥散裂纹模型与在AＢAQUS/Eｘplｉcit, “Ａ cracking
model ｆoｒ cｏncrete ａnd ｏtheｒ brittle ｍａterials," Sｅｃｔｉon 4。5.3中得脆性开裂模型。
混凝土塑性损伤模型主要就是用来为分析混凝土结构在循环与动力荷载作用下得提供一个普遍分析模型、该模型也适用于其它准脆性材料如岩石、砂浆与陶瓷得分析;本节将以混凝土得力学行为来演示本模型得一些特点。在较低得围压下混凝土表现出脆性性质,主要得失效机制就是拉力作用下得开裂失效与压力作用下得压碎。当围压足够大能够阻止裂纹开裂时脆性就不太明显了、这种情况下混凝土失效主要表现为微孔洞结构得聚集与坍塌,从而导致混凝土得宏观力学性质表现得像具有强化性质得延性材料那样。
本节介绍得塑性损伤模型并不能有效模拟混凝土在高围压作用下得力学行为。而只能模拟混凝土与其它脆性材料在与中等围压条件(围压通常小于单轴抗压强度得四分之一或五分之一)下不可逆损伤有关得一些特性、这些特性在宏观上表现如下:
• 单拉与单压强度不同,单压强度就是单拉强度得10倍甚至更多;
• 受拉软化,而受压在软化前存在强化;
• 在循环荷载(压)下存在刚度恢复;
• 率敏感性,尤其就是强度随应变率增加而有较大得提高。
概论ﻫ
混凝土非粘性塑性损伤模型得基本要点介绍如下:
应变率分解
对率无关得模型附加假定应变率就是可以如下分解得:
就是总应变率,就是应变率得弹性部分,就是应变率得塑性部分。
建筑结构试验作业1 说明：本次形成性考核是针对教材第一章和第二章的内容编写的。
一、选择题（每小题2分，共30分）
1．关于建筑结构模型试验的优点，如下表述中，（D ）项是不对的。
A．模型结构的制作较真实结构复杂，且技术要求更高
B．可以根据实验目的突出问题的主要因素，针对性强
C．可以严格控制模型试验的主要参数，以避免外界因素干扰，保证试验数据的准确性
D．模型试验仅能够表达真实结构的指定特征
2．下列选项中，（ D ）项不属于科学研究试验。
A．验证结构计算理论的假定
B．为制订设计规范提供依据
C．为发展和推广新结构、新材料与新工艺提供实践经验
D．通过试验鉴定结构的施工
3．按试验的目的进行分类，可将结构试验分成（A）。
A．生产检验性试验和科学研究性试验
B．真型试验和模型试验
C．短期荷载试验和长期荷载试验
D．静力试验和动力试验
4．下列各项，（ A ）项不属于生产检验性试验。
A．为发展和推广新结构、新材料与新工艺提供实践经验
B．鉴定结构的设计和施工
C．预制构件的性能检验
D．服役结构的可靠性鉴定
5．（ C ）的最大优点是所有加载设备相对简单，荷载逐级施加，可以停下来仔细观测结构变形，给人们以最明晰的破坏概念。
A．真型试验 B．模型试验 C．静力试验 D．动力试验
6．为了了解结构的动力特性及在动力荷载作用下的响应，一般要进行结构（D ）。
A．真型试验 B．模型试验 C．静力试验 D．动力试验
7．( A )的原理清晰，加载设备操作简单方便、安全可靠，能产生较大的荷载，而且荷载容易控制、准确、稳定，并能实现多点同步加载。
A．液压加载 B．重物加载 C．机械加载 D．气压加载
8．下列各项中，（ C）项属于动荷载加载方法。 姓 名：
学 号：
混凝土强度不足时的处理措施
1 引言
混凝土强度酌不足将对结构的承载能力、裂缝以及耐久性等诸多方面产生不利影响，应根据其不足的程度，采取相应的处理措施。选用的加固方法有3大类：直接加固法、间接加固法、综合加固法。
2直接加固法
直接加固法即通过各种途径增加结构抗力。加固前最好能在原结构上卸载，经加固后再恢复使用荷载，但在原结构上往往很难实现。工程中，国内、外直接加固技术主要有如下几种：
2．1增大截面加固法
增大截面加固法即采取增大结构或构筑物的截面面积，以提高其承载力和刚度，满足正常使用的一种加固方法。可广泛应用于混凝土、砖混等结构的梁、板、柱、墙等构件和一般构筑物的加固。
(1)该方法优点：
①传统加固方法，技术成熟，便于操作：
②质量好，可靠性强； ③提高构件抗力R及刚度的幅度大，尤其对柱的稳定性提高较大。
(2)该方法缺点：
①如果设计中未能从整体结构角度上分析，仅仅为局部加大而加大，这样会造成整体结构其它部分形成薄弱层而发生重大破坏。
②加大构件截面，其质量和刚度将发生变化，结构的固有频率也随之改变，很有可能进入到地震或风震的频率中而产生共振现象。
③现场湿作业工作量大，养护时间长，对生产和生活有一定的影响。
④对原有结构的外形以及房屋使用空间上有一定的影响。
2．2外包钢加固法
外包钢加固法即在混凝土、砌体等构件四周包以型钢的加固方法(分干式、湿式两种形式)。适用于使用上不允许增大构件截面尺寸，而又需要大幅度地提高承载力和刚度的加固。此法主要适用于混凝土、砖混结构中的柱以及梁、桁架弦杆和腹杆的加固。这种加固方法的优点是施工方便，现场工作量少，工期短，受力可靠，对建筑物外观和净空影响小：缺点是用钢量较大，加固维修费用较高。当采用化学灌浆外包钢加固时，型钢表面温度不应超过60℃；当环境具有腐蚀性介质时，必须采取可靠防护措施，以提高其耐久性。 2．3改变结构传力途径加固法
