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混凝土结构常承受动态荷载如地震、冲击、爆炸等的作用。混凝土材料在动态荷载作用下的率敏感性和损伤机理,是众多大型工程如高坝、核电站、交通和军事工程中急待解决的难题。本文作为河海大学院士学科发展基金项目“混凝土动力特性及动态损伤机理研究”的一个子项,对混凝土的动态本构模型和损伤理论进行了深入的分析研究。 本文主要进行了以下几方面的工作:(1)基于Perzyna粘塑性模型理论,考虑应变率对混凝土初始弹性模量的影响,推导了混凝土的拉、压均适用的弹-粘塑性单轴动力本构模型;(2)基于应变等价性假设,通过引进裂纹闭合效应系数来反映混凝土拉、压损伤的不同,建立了考虑损伤的混凝土弹-粘塑性单轴动力本构模型,并用现有的不同加载速率下的混凝土单轴拉、压应力-应变试验曲线对该模型进行了验证;(3)将Perzyna弹-粘塑性理论应用于平面应力状态混凝土的动态受力分析,考虑应变率对混凝土初始弹性模量的影响,采用Drucker-Prager屈服准则作为屈服判断依据,导出了平面应力状态混凝土的弹-粘塑性动力本构模型;(4)进行了静态荷载和动态冲击荷载作用下的混凝土三弯点梁试验;(5)将平面应力状态混凝土的弹-粘塑性动力本构模型应用于平面有限元程序,编制了考虑初始弹性模量变化的动力有限元程序,对静态和动态冲击荷载作用下的三弯点梁试验进行了数值模拟。 研究表明:(1)影响混凝土动态响应的因素主要有两方面:应变率强化效应和损伤弱化效应;(2)Perzyna粘塑性理论可以用来描述混凝土的动态行为特性,本文所提的考虑损伤的混凝土弹-粘塑性单轴动力本构模型和考虑初始弹性模量变化的平面应力状态弹-粘塑性动力本构模型是合理的;(3)由三弯点梁静动态试验研究表明:随着加载速率的增大,混凝土的初始弹性模量提高8.5%,混凝土的极限弯拉强度提高21.7%;(4)用本文编制的动力有限元程序可以较好的模拟三弯点梁在静态和动态冲击荷载作用下的弯拉特性。以上这些研究成果对今后的研究具有重要的理论意义。