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混凝土由于其独特的优势被广泛应用于工程建设领域，随着工程技术的快速发展和工程需求的不断变化，高耸结构、大跨径桥梁以及其它特殊工程结构的得以出现并提出新的要求，在这些高耸大跨径等特殊结构中，结构自重的影响对该类型工程的进一步发展带来了一定困扰。轻骨料混凝土具有轻质高强、保温隔热性能好和耐火性能优等特点，恰好能够有效减轻混凝土结构自重，受到国内外学者的广泛关注和工程领域的应用。混凝土在实际结构中的应用不仅受到单轴受力状态，更多的是受到多轴应力状态作用，对于混凝土多轴力学性能的研究有助于进一步了解混凝土力学性能。同时在实际工程中混凝土不局限于受到静载作用，也会受到地震、风和冲击爆炸等动力作用，混凝土具有明显的率效应。综合上述将混凝土结构实际应力状态并考虑动力作用的研究对于混凝土力学性能的分析具有重要意义。
本文考虑地震响应作用四种加载应变率(10-5/s、10-4/s、10-3/s和10-2/s)和七种多轴加载方式(单轴受压、单轴受拉、纯剪、双轴压-压、双轴拉-压、三轴压-压-压和压-剪)对普通混凝土和轻骨料混凝土展开力学性能试验研究，对比分析普通混凝土和轻骨料混凝土多轴动力特性，根据试验研究结果提出普通混凝土和轻骨料混凝土多轴动力破坏准则方程。同时由试验研究结论基于弹塑性损伤理论提出普通混凝土和轻骨料混凝土多轴动力本构关系，通过Umat子程序二次开发应用有限元对混凝土试件和文献混凝土结构构件进行分析并与试验结果对比，验证本文所提出普通混凝土和轻骨料混凝土多轴动力本构关系的适用性。主要研究内容与成果如下：
(1)通过分析目前混凝土剪切多轴试验方法存在扭转效应、弯曲效应和摩擦效应对试验结果的影响原因，设计合理试验方法和试件尺寸的方式控制影响剪切多轴试验结果的不利影响，通过剪切试验验证本文混凝土剪切试验方法能够满足试验测量要求。
(2)普通混凝土和轻骨料混凝土单轴加载动力性能试验研究分析表明，单轴受压、纯剪和单轴受拉加载方式强度值均随着应变率的提高逐步增大，其中受拉加载方式强度提高幅度最大，纯剪加载方式强度提高幅度次之，受压加载方式强度提高幅度最小；普通混凝土单轴强度受加载应变率影响均低于轻骨料混凝土，同时普通混凝土和轻骨料混凝土单轴强度提高系数与加载应变率无量纲化对数值均呈线性函数关系。
(3)通过普通混凝土和轻骨料混凝土双轴压-压、双轴拉-压加载试验研究，相同侧向压应力作用下，随着加载应变率的提高普通混凝土和轻骨料混凝土双轴压-压主压应力和双轴拉-压主拉应力均逐步增大，其中轻骨料混凝土主应力受加载应变率影响高于普通混凝土；相同加载应变率作用下，有侧向压应力作用下普通混凝土和轻骨料混凝土双轴压-压主压应力高于单轴受压应力，随着侧向压应力的提高普通混凝土和轻骨料混凝土双轴拉-压主拉应力逐步降低，其中普通混凝土受侧向压应力影响主应力变化程度相比于轻骨料混凝土较高。双轴压-压有侧向压应力作用主应力受加载应变率影响低于无侧向压应力工况，双轴拉-压加载方式与之相反。同时基于Kupfer双轴准则和日本坝工规范考虑应变率效应影响提出普通混凝土和轻骨料混凝土双轴压-压和双轴拉-压动力破坏准则方程。
(4)由普通混凝土和轻骨料混凝土三轴压-压-压试验研究可知，相同侧向压应力随着加载应变率的提高，普通混凝土和轻骨料混凝土主压应力逐步增大，其中轻骨料混凝土三轴受压主压应力受加载应变率效应影响高于普通混凝土。相同加载应变率随着侧向最低压应力的提高，普通混凝土和轻骨料混凝土主压应力提高明显，当侧向最低压应力相同，普通混凝土和轻骨料混凝土主压应力受侧向最高压应力影响不明显，普通混凝土主压应力受侧向压应力影响高于轻骨料混凝土。当侧向最低压应力提高时，普通混凝土和轻骨料混凝土三轴受压主压应力受加载应变率影响幅度逐步降低。同时通过二次单轴加载，普通混凝土和轻骨料混凝土剩余力学性能随着侧向最低压应力的提高逐步降低，其中轻骨料混凝土剩余强度比率低于普通混凝土。
(5) 由普通混凝土和轻骨料混凝土压-剪多轴试验研究可知，相同侧向压应力随着加载应变率提高普通混凝土和轻骨料混凝土剪切应力逐步增大，当侧向压应力较大时，加载应变率对两种混凝土剪切应力影响提高幅度有所降低，其中轻骨料混凝土剪切应力受加载应变率影响高于普通混凝土。相同加载应变率随着侧向压应力的提高普通混凝土和轻骨料混凝土剪切应力逐步增大，当侧向压应力较大时，侧向压应力的提高使得两种混凝土剪切应力提高幅度有所降低，其中普通混凝土剪切应力受侧向压应力影响高于轻骨料混凝土。侧向压应力较大时，普通混凝土和轻骨料混凝土剪切应力受加载应变率影响幅度逐步降低。同时根据压应力-剪应力空间和平面主应力空间提出普通混凝土和轻骨料混凝土压-剪动力破坏准则方程。
(6)本文根据应变率效应和不同多轴加载方式提出相应的受力机理模型，对本文混凝土受力机理进行分析。多轴加载方式使得普通混凝土和轻骨料混凝土塑性变形能力提高，同时应变率对普通混凝土和轻骨料混凝土变形参数影响较为离散。由本文普通混凝土和轻骨料混凝土多轴动力加载试验数据，通过优化Ottosen破坏准则提出普通混凝土和轻骨料混凝土多轴动力破坏准则方程，同时基于双剪强度理论提出两种不同考虑加载应变率影响形式普通混凝土和轻骨料混凝土动力破坏准则方程。
(7)根据本文基于优化 Ottosen 破坏准则后得到普通混凝土和轻骨料混凝土动力破坏准则方程计算得到相应的屈服准则方程，由弹塑性损伤理论提出普通混凝土和轻骨料混凝土多轴动力本构关系，由Umat子程序二次开发并应用于有限元计算中，与试验试件结果和文献混凝土构件结果对比，并作相应的动力拓展计算，验证本文所提出本构关系的适用性。
本文考虑地震响应作用四种加载应变率(10-5/s、10-4/s、10-3/s和10-2/s)和七种多轴加载方式(单轴受压、单轴受拉、纯剪、双轴压-压、双轴拉-压、三轴压-压-压和压-剪)对普通混凝土和轻骨料混凝土展开力学性能试验研究，对比分析普通混凝土和轻骨料混凝土多轴动力特性，根据试验研究结果提出普通混凝土和轻骨料混凝土多轴动力破坏准则方程。同时由试验研究结论基于弹塑性损伤理论提出普通混凝土和轻骨料混凝土多轴动力本构关系，通过Umat子程序二次开发应用有限元对混凝土试件和文献混凝土结构构件进行分析并与试验结果对比，验证本文所提出普通混凝土和轻骨料混凝土多轴动力本构关系的适用性。主要研究内容与成果如下：
(1)通过分析目前混凝土剪切多轴试验方法存在扭转效应、弯曲效应和摩擦效应对试验结果的影响原因，设计合理试验方法和试件尺寸的方式控制影响剪切多轴试验结果的不利影响，通过剪切试验验证本文混凝土剪切试验方法能够满足试验测量要求。
(2)普通混凝土和轻骨料混凝土单轴加载动力性能试验研究分析表明，单轴受压、纯剪和单轴受拉加载方式强度值均随着应变率的提高逐步增大，其中受拉加载方式强度提高幅度最大，纯剪加载方式强度提高幅度次之，受压加载方式强度提高幅度最小；普通混凝土单轴强度受加载应变率影响均低于轻骨料混凝土，同时普通混凝土和轻骨料混凝土单轴强度提高系数与加载应变率无量纲化对数值均呈线性函数关系。
(3)通过普通混凝土和轻骨料混凝土双轴压-压、双轴拉-压加载试验研究，相同侧向压应力作用下，随着加载应变率的提高普通混凝土和轻骨料混凝土双轴压-压主压应力和双轴拉-压主拉应力均逐步增大，其中轻骨料混凝土主应力受加载应变率影响高于普通混凝土；相同加载应变率作用下，有侧向压应力作用下普通混凝土和轻骨料混凝土双轴压-压主压应力高于单轴受压应力，随着侧向压应力的提高普通混凝土和轻骨料混凝土双轴拉-压主拉应力逐步降低，其中普通混凝土受侧向压应力影响主应力变化程度相比于轻骨料混凝土较高。双轴压-压有侧向压应力作用主应力受加载应变率影响低于无侧向压应力工况，双轴拉-压加载方式与之相反。同时基于Kupfer双轴准则和日本坝工规范考虑应变率效应影响提出普通混凝土和轻骨料混凝土双轴压-压和双轴拉-压动力破坏准则方程。
(4)由普通混凝土和轻骨料混凝土三轴压-压-压试验研究可知，相同侧向压应力随着加载应变率的提高，普通混凝土和轻骨料混凝土主压应力逐步增大，其中轻骨料混凝土三轴受压主压应力受加载应变率效应影响高于普通混凝土。相同加载应变率随着侧向最低压应力的提高，普通混凝土和轻骨料混凝土主压应力提高明显，当侧向最低压应力相同，普通混凝土和轻骨料混凝土主压应力受侧向最高压应力影响不明显，普通混凝土主压应力受侧向压应力影响高于轻骨料混凝土。当侧向最低压应力提高时，普通混凝土和轻骨料混凝土三轴受压主压应力受加载应变率影响幅度逐步降低。同时通过二次单轴加载，普通混凝土和轻骨料混凝土剩余力学性能随着侧向最低压应力的提高逐步降低，其中轻骨料混凝土剩余强度比率低于普通混凝土。
(5) 由普通混凝土和轻骨料混凝土压-剪多轴试验研究可知，相同侧向压应力随着加载应变率提高普通混凝土和轻骨料混凝土剪切应力逐步增大，当侧向压应力较大时，加载应变率对两种混凝土剪切应力影响提高幅度有所降低，其中轻骨料混凝土剪切应力受加载应变率影响高于普通混凝土。相同加载应变率随着侧向压应力的提高普通混凝土和轻骨料混凝土剪切应力逐步增大，当侧向压应力较大时，侧向压应力的提高使得两种混凝土剪切应力提高幅度有所降低，其中普通混凝土剪切应力受侧向压应力影响高于轻骨料混凝土。侧向压应力较大时，普通混凝土和轻骨料混凝土剪切应力受加载应变率影响幅度逐步降低。同时根据压应力-剪应力空间和平面主应力空间提出普通混凝土和轻骨料混凝土压-剪动力破坏准则方程。
(6)本文根据应变率效应和不同多轴加载方式提出相应的受力机理模型，对本文混凝土受力机理进行分析。多轴加载方式使得普通混凝土和轻骨料混凝土塑性变形能力提高，同时应变率对普通混凝土和轻骨料混凝土变形参数影响较为离散。由本文普通混凝土和轻骨料混凝土多轴动力加载试验数据，通过优化Ottosen破坏准则提出普通混凝土和轻骨料混凝土多轴动力破坏准则方程，同时基于双剪强度理论提出两种不同考虑加载应变率影响形式普通混凝土和轻骨料混凝土动力破坏准则方程。
(7)根据本文基于优化 Ottosen 破坏准则后得到普通混凝土和轻骨料混凝土动力破坏准则方程计算得到相应的屈服准则方程，由弹塑性损伤理论提出普通混凝土和轻骨料混凝土多轴动力本构关系，由Umat子程序二次开发并应用于有限元计算中，与试验试件结果和文献混凝土构件结果对比，并作相应的动力拓展计算，验证本文所提出本构关系的适用性。