混凝土断裂过程区拉伸软化的本构关系

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发布时间：2021-09-17

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混凝土断裂过程区拉伸软化的本构关系
何敏，张东焕，王利民1,2，任鹏
(1．山东理工大学交通与车辆工程学院，山东淄博255049；2．青岛理工大学理学院，山东青岛266033)
摘要：针对混凝土在裂纹端部的断裂过程区应力和变形具有软化特性这一情况，将该过程区抽象为
具有黏聚应力分布的裂纹，通过确定黏聚裂纹张开位移和黏聚应力分布的计算式，将其应用于混凝
土材料，得到该材料的黏聚裂纹张开位移的分布及张开位移与应力的本构关系。理论计算值与试
验结果吻合良好。
关键词：混凝土；黏聚裂纹；张开位移；黏聚应力
中图分类号：TU31；TU528．1 文献标识码：A 文章编号：1006—7647(2010)04—0008—05
Constitutive relation for tension softening of concrete in fracture process zone／／HE Min ，ZHANG Dong-huan ，WANG 15。
nfin ，RI1N PeI1gJ(1．School of Transportation and Vehicle Engineering，Shandong Univers of Technology，Zibo 255049，
China；2．Oepartme~ofScience，Qing~o Technological University，Qing&o 266033，China)
Abstract：Jnle stress and deformation of concrete have typical softening characteristics along the fracture process zone at the crack
tiD． rhe fracture process zolle was regarded as a crack wi山distribution of cohesive stress． The formulae for the opening
displacement of colaesive crack and the distribution of cohesive stress were determined and applied to concrete materials．rI1le
constitutive relation between the cohesive stress and crack opening displacement and the distribution of opening displacement were
obtained． n1e calculated values agre witll tlle experimental results．
Key words：concrete；cobesive crack；open displacement；cohesive stress
广泛应用于水工设施中的准脆性材料，如混凝
土岩石陶瓷等，不同于金属类强化材料，当应力或应
变达到一定数值后，其应力与变形的本构行为表现
出具有软化特性【1-2]。混凝土类材料的这种现象吸
引了许多国内外学者的研究。最早有基于Dugda1．
Barenblatt弹塑性断裂模型的Hillerborg虚拟裂纹模
型L3 J，之后有许多断裂分析模型，如双参数模型、等
效裂纹模型、双K断裂模型和尺寸效应模型等[4-8 J，
都对该类材料的失效特性进行了深入研究和探讨。
事实上，混凝土类材料的非线性断裂特性是与断裂
过程区内微观与宏观裂纹的出现、材料颗粒与块体
之间的相互作用密切相关的。在断裂过程区内，裂
缝端部的一段不是完全张开的，存在一段模糊的裂
纹带，即虚拟裂纹段，该裂纹带上的材料颗粒仍具有
桥联作用，这种作用的综合量化表达就是阻止裂纹
张开与扩展的所谓裂纹黏聚应力，它主要分布在裂
缝端部的断裂过程区内。尽管在裂纹黏聚应力研究
方面有许多研究成果[9-11]，但还需进一步深入研究。
1 黏聚裂纹模型
对于预制切口长度为a0的楔入式劈裂试件，受
到垂直于裂纹方向的拉力作用，裂纹的两端包括沿裂
纹面方向长度均为d的断裂过程区。把该段视为裂
纹的一部分，需要用分布的黏聚应力盯( )表示裂纹
两岸材料之间的相互作用；除黏聚裂纹之外，材料基
体均视为线弹性介质。以裂纹的左端点为原点，水平
向右为横轴方向，建立如图1所示的坐标系。