统一试验边界的随动型混凝土本构模型及对试验边界条件的认识

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本文从本构模型和有限元计算两方面研究了边界条件对混凝土力学性能的影响。全文主要有以下几方面的工作内容:一、指出了研究边界条件影响的必要性,从理论和实验两方面分析了目前混凝土研究的现状及存在的问题。首次提出“广义边界条件”的概念,综述了球座尺寸、试验机刚度以及加载速率等试验因素的影响。 二、结合作者的混凝土单轴拉伸试验,将广义边界条件应用到对混凝土单轴拉伸软化段的分析中,考虑了试验机刚度及试件尺寸对混凝土软化段力学性能的影响,并给出了简化形式的理论公式。实验数据与文作者理论公式的对比结果表明,在软化段初始下降部分理论公式能够较好地与实验数据相符合。 三、在肯定刘西拉-许锦峰随动不均匀强软化模型的前提下,对其中的不足进行了重要改进和补充,在子午线和偏平面上重新确定了标定加载面和破坏面形状的方法,并统一采用刷板实验数据来标定模型。改进与补充的部分是:引入刷板试验边界下压子午线上的标定控制点(-0.1σ,-0.1σ,-σ)而放弃非刷板边界的静水压试验数据;引入具有特定相似角的实验曲线来将标定方法扩展到偏平面上并给出了最终破坏面形式。与参照试验的对比结果表明,本文改进模型在计算精度上有所提高。 四、结合模型进行了三维有限元计算。对立方体与棱柱体试件单轴压缩、立方体试件单轴拉、双轴拉压等应力组合进行了位移应力场分析及强度分析;计算并比较了立方体试件单轴和多轴压缩的三种典型边界条件(直接接触、Teflon垫层、刷形板)以及单轴拉伸和拉压组合的环氧树脂边界;比较了二维简化计算与三维有限元计算结果的差异并讨论了摩擦系数的影响。结果表明:拉伸边界的环氧树脂及压缩边界的刷板和薄Teflon垫层试验数据无需修正就可以直接用来标定主应力空间中的破坏面模型;厚Teflon垫层以及无减摩措施的直接接触边界等试验数据,应当放弃。对目前已提出的破坏面模型而言,只要其标定试验数据来自于刷板和薄Teflon垫层边界,就可以继续被使用。
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