复杂形变状态下混凝土的应变空间破坏准则

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发布时间：2021-09-12

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复杂形变状态下混凝土的应变空间破坏准则
黄胜前，杨永清，李晓斌
(西南交通大学土木工程学院，成都61003i)
摘要简单介绍了以应力、应变及能量表达的混凝土破坏准则，指出应变破坏准则不仅能反映材料破坏的形
变本质，还具有应用方便等诸多优点。为了方便描述混凝土在应变空间的破坏面，引入了Haigh-Westergaard坐标
系，并介绍了应变的H—w 不变量、应变张量的不变量和主应变的平均值、标准差之间的换算关系。在分析国内外混
凝土强度和形变试验资料的基础上，提出了在Haigh-Westergaard坐标系中由应变的H—w 不变量表示的应变空间破
坏准则的一般式和简化式。拟合得到了一种C50混凝土的应变空间破坏准则的各个参数值，并对一般式和简化式进
行了比较，指出一般式适用于各种形变状态，简化式在一定条件下能满足工程应用的要求。
关键词混凝土形变应变空间破坏准则
中图分类号：TU528．1 文献标识码：A
Strain Space Failure Criterion of Concrete Under Complex Deformation State
HUANG Shengqian，YANG Yongqing，LI Xiaobin
(School of Civil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031)
Abstract The failure criterions of concrete expressing by stress，strain or energy are introduced simply．It is
pointed out that strain failure criterion can reflect the deformation essence of failure of materia1 and has many~idvanta—
ges such as using easily．The Haigh W estergaard coordinates are used to express the failure surface of concrete in
strain space，and the conversion relationship between H—W invariant of strain，invariant of strain tensor and the average
and variance of principal strain is introduced．By the analysis of the strength and deformation test data of concrete
at home and abroad，a general formula of failure criterion in strain space and its simplified one are put forward，which
is expressed by H W invariant of strain in the Haigh-W estergaard coordinates．The parameter values of failure criterion
in strain space about a C5O concrete are obtained by fitting，and a comparison between general and simplified for—
mula iS made．It iS indicated that the general formula iS suitable for every deformation state and the simplified one
meets the application demands of engineering to some extent．
Key words concrete，deformation，strain space，failure criterion
0 引言
混凝土是一种广泛应用于土木工程的脆性建筑材料，其
强度理论一直是工程界关注的重要课题。目前，混凝土的破
坏准则主要有3类：应力破坏准则、应变破坏准则和能量破
坏准则l1]。混凝土的应力破坏准则有Rankine的最大拉应力
理论、Tresca的最大剪应力理论、yon Mises的统计平均剪应
力理论、Mohr-Coulomb理论、Drucker_Prager理论等古典强
度理论，以及后来发展起来的Bresler-Pister和w川am—
Warnke的三参数模型、Ottosen和Hsieh—Ting-Chen的四参
数模型、Podgorski和宋玉普的五参数模型等破坏准则[2]。
混凝土的应变破坏准则大多是由上述应力破坏准则转换过
来的，应用了Hooke定律等基本假定，这样得到的破坏准则
存在偏差。最好的方法是通过大量试验直接获取形变数据，
但形变试验困难且不易测准确，尤其是在接近破坏时的测量
准确度更低，因此这样的试验数据很少。宋玉普对平面应
力、平面应变及一般三轴荷载下的混凝土形变和强度进行了
试验研究，并结合国内外相关试验结果，建立了考虑主应变
和剪应变为非线性关系的混凝土应变空间破坏准则 J。凌
建明认为岩体的破坏完全取决于损伤应变，建立了在损伤应
变空间的岩体破坏准则 ]。韦未也对混凝土的应变空间破
坏准则进行了探索，建立了在应变空间上的混凝土四参数破
坏准则¨9]。近年来，按能量原理建立起来的强度理论和破坏
准则也得到了一定发展，如最小能量原理口、应变能破坏准
则 11,127。
比较来看，混凝土的应变破坏准则具有以下优点：(1)材
料破坏的本质是形变超过了其承受能力，混凝土的应变破坏
准则能反映这一本质；(2)一般情况下，应力不是直接测量
的，而是由测得的形变利用混凝土本构关系转化得到，这一
转化过程必然带来偏差；(3)对于反复加载的混凝土，当发生