【微平面模型与经典混凝土理论模型的比较】混凝土输送泵

　　摘要： 针对在混凝土非线性分析时所采用的宏观本构模型中，没有考虑混凝土软化阶段或考虑不当，以及在多轴受力情况下宏观模型不能很好地模拟混凝土受力状态的问题，基于微平面理论，利用MATLAB编写混凝土材料的非线性本构关系程序，从理论和计算结果两方面与经典的基于应力张量及其不变量的本构模型进行比较. 比较结果表明，在弹性变形阶段，经典理论模型和微平面模型计算结果与试验结果无明显区别；在非弹性变形阶段，经典理论模型与微平面模型有较大的差异，后者与试验结果吻合较好. 微平面理论在混凝土三向受力和软化阶段更能准确地描述混凝土材料本构关系，且本构关系更简单、清晰.
　　关键词： 混凝土； 非线性分析； 微平面； 本构关系； 动态约束
　　中图分类号： TU313 文献标志码： A
　　Comparison between microplane model and
　　classical concrete theoretical model
　　JU Jinxian, LU Hua, WANG Shuiping
　　(Naval Representative Office, Shanghai Power Station Auxiliary Equipment Works Co., Ltd., Shanghai 200090, China)
　　Abstract： As to the problems that the softening stage is not considered or considered unsuitable in nonlinear analysis of concrete by macroscopic constitutive model, and macroscopic constitutive model can not perform a good simulation on concrete stress states under multi-axial force-bearing situation, the nonlinear constitutive relationship program is fulfilled in MATLAB based on microplane theory. Then the theory and the computing results are compared with the classical constitutive model based on stress tensor and its invariant. The comparative results show that, there is no significant difference between the test results and the calculation results of classical theory model and the microplane model in elastic deformation stage; the difference is larger in non-elastic deformation stage, and the latter consists with the test results better. The constitutive relation of concrete material can be described more accurately in three direction force-bearing and softening stage, and the constitutive relation is more simple and clearer.
　　Key words： concrete; nonlinear analysis; microplane; constitutive relation; dynamic constraint
　　0 引 言
　　混凝土是土木工程中应用最多、也是最重要的建筑材料之一.近年来，混凝土结构非线性分析变得日益重要，而非线性分析结果的正确与否则依赖于描述混凝土非线性性能的本构关系和破坏准则.迄今为止，已有的本构模型基本上分为两类［1-3］：(1)宏观现象学模型，包括非线性弹性模型、弹塑性模型、损伤力学模型和内蕴时间模型等，其本构关系用宏观连续介质中应力、应变张量及其不变量表示；(2)微观力学模型，包括微平面模型和粒子模型等，其本构关系用微观上的应力、应变关系表示.前者是经典方法，在混凝土本构模型的发展中发挥过巨大作用，但其发展进入瓶颈阶段，随着工程要求的提高，经典模型很难满足工程精度的要求，因此许多学者将研究方向转向微观力学模型.
　　混凝土应力-应变全曲线反映混凝土基本力学特性，是研究钢筋混凝土结构强度和变形的主要依据之一，特别是应力-应变曲线的下降段(或称为软化段)，对构件的弹塑性全过程分析、极限状态下的截面应力分布、抗震结构的延性和恢复力特性等有较大影响.［1］目前，在混凝土结构非线性分析宏观本构模型中未考虑混凝土的软化阶段或考虑不当，同时，在多轴受力情况下也不能很好地模拟混凝土的受力状态.BAANT等［3-8］用微平面理论模拟混凝土的应力-应变全曲线，可以克服上述问题，并且该理论建立的微平面模型采用统一的公式描述应力-应变全曲线，具有概念简单、可变材料参数少等特点.
　　1 微平面模型简介
　　微平面指在宏观连续介质中任一点的无穷小领域内，垂直于任一方向的平面.微平面理论的实质是：任一点的宏观应力-应变关系是该点所有微平面上的应力-应变关系的叠加，描述微观结构不同方向平面上微裂缝的相互作用［4-5］.混凝土微观结构见图1，二十面体微平面模型见图2.