混凝土损伤分析及其工程应用

损伤力学作为工程材料和结构的强度性能分析、破坏机理解释、失效预测以及寿命估计等方面定量分析的理论依据和手段，越来越广泛、合理的应用于混凝土材料和结构的强度、变形及破坏的分析上来。混凝土是由粗骨料、细骨料和水泥沙浆构成非均匀性多相复合材料，在成型期间就存在一些初始裂纹，在荷载等因素的作用下，初始裂纹会不断扩展、联结，并生成新的裂纹。将这些微缺陷对混凝土材料的劣化作用称之为损伤。研究证明：混凝土破坏是内部微裂纹逐渐发展的结果，亦可说破坏只是裂缝发展过程的最后阶段，而要真正描述混凝土的各种性能，就要研究其内部的微裂纹的演化规律，即进行混凝土损伤力学分析。 本文从混凝土材料到混凝土结构、从宏观到微观、从静态损伤到动态损伤、从各向同性损伤到各向异性损伤、从弹性损伤到弹塑性损伤等几个方面介绍并探讨研究了损伤理论在混凝土及其结构强度、变形、破坏特性分析中的应用。 首先介绍了损伤力学的基本内容以及混凝土损伤理论研究现状，比较了各种损伤演化模型。其后，发展了损伤力学中两个重要理论内容，即弹塑性损伤矩阵及其简单形式的推导和基于实验基础上的损伤演化方程的解析表达式的推导。通过形状函数的假定，提出了一种混凝土动力损伤本构模型。之后，考虑混凝土的循环荷载下力学特性，将一维损伤演化规律推广到多维问题，分析了重力坝在地震作用下的损伤破坏特性。并采用了正交各向异性弹性损伤矩阵编写了分析损伤场的有限元程序，应用于实际结构分析。最后，考虑混凝土材料的非均匀性，从细观层次对其损伤断裂进行了数值模拟，并探讨了本文中从一维损伤演化规律到多维问题推广的可行性。 文中的结论对评定混凝土结构的力学特性、估算其寿命等提供了参考。