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混凝土是土木、水利工程中广泛应用的一种结构材料,并且大都处于双向或三向的复杂应力状态下工作。混凝土材料在各种组合应力下的强度和变形特性是混凝土结构设计和分析的基本问题。在数值模拟中,混凝土材料本构模型的选择直接影响数值计算结果的精确度和可靠性,因此,建立合理反映混凝土多轴特性的本构模型具有重要的理论意义和实用价值。国内外学者基于弹塑性力学、损伤力学和断裂力学等理论建立了多种多样的混凝土本构模型,这些模型从不同的角度描述材料的力学特性,极大地推进了人们对混凝土的认识,也促进了它的实际应用。运用弹塑性基本理论建立混凝土材料的本构模型时,一般将三维强度准则和硬化参数相结合,基于弹塑性增量理论推导其应力应变关系的表达式,其中强度准则反映材料的强度特性,硬化参数主要反映材料的硬化规律。 广义非线性强度理论将材料的强度特性分解为四个相互独立的因素,由四个材料参数分别描述,在主应力空间内的强度面连续光滑,存在连续的偏导数。本文以广义非线性强度理论为屈服函数,以塑性剪应变为硬化参数,将塑性剪应变和剪应力建立分段函数关系以描述材料的硬化规律,结合非关联流动法则,建立了混凝土材料的三维弹塑性本构模型。通过经典材料试验结果对本构模型的验证表明,所建立的三维弹塑性本构模型可较好地描述混凝土材料的三维变形与强度特性,并可反映应变软化特性。进一步在有限元分析软件ABAQUS的基础上,编制了材料用户子程序(UMAT),并以此为平台对钢筋混凝土柱的偏心受压变形过程进行了模拟和分析。试验结果对数值模拟结果的验证表明,该模型可较好地分析钢筋混凝土偏压柱的承载力和变形规律,基于该模型开发的ABAQUS平台具有较高的精确度和计算效率,且易于获得收敛解。可以基于该平台对一般钢筋混凝土结构进行精确地多维非线性受力分析,为结构设计和分析提供依据。