混凝土损伤本构模型研究评述

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发布时间：2021-09-22

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混凝土损伤本构模型研究评述
于海祥，武建华，李强
(重庆大学土木工程学院，重庆400045)
摘要：现有混凝土本构关系主要是基于成熟的经典弹塑性模型所建立的，弹塑性模型在数学3：--~4严格，
但是与混凝土材料破坏机理不协调，各国学者针对混凝土这类特殊多相复合材料提出了很多基于不可
逆热力学理论的损伤本构模型。系统综述了混凝土损伤本构研究的成果，在分析了各个有代表意义的
混凝土损伤本构模型基础之上，对比研究了各个模型的特点及各自适用范围，通过总结前人成果，为损
伤本构模型研究提供了思路。
关键词：混凝土；损伤力学；本构关系
中图分类号：TU528．01 文献标识码：A 文章编号：1006—7329(2007)02—0068—05
A Review of Concrete Damage Constitutive M odels
YU Hai—xiang，W U Jian—hua，LI— Qiang
(College of Civil Engineering，Chongqing University，Chongqing 40004 5，P．R．China)
Abstract：The existing constitutive models of concrete are mainly based on the framework of the classic elastic
——plastic m odels which are rigorous on mathematics，but not coordinated with the failure m echanism of con—
crete．Researchers of different countries proposed various kinds of damage constitutive models based on the irreversible
thermodynamics theory to describe the damage behavior of concrete．This paper presents a review of
different models for concrete，analyzes the characteristics of each representative m odel and studies the scope of
their application．On the basis of the review of existing concrete damage models，some new methods can be provided
for further research on damage constitutive models．
Keywords：concrete；damage m echanics；constitutive m odel
随着混凝土应用于核电站安全壳、海洋采油平台
等结构，荷载作用及结构形式越来越复杂，对这类结构
而言，建立合理的混凝土本构模型及相应的破坏准则
成为影响分析结果准确性的最根本的因素。近3O年
以来，出现的混凝土非线性本构模型主要有：非线性弹
性模型、弹塑性模型、断裂力学模型、内蕴时间模型以
及作为断裂力学模型重要补充的损伤力学模型。但现
在应用较多的混凝土本构关系主要是移植了成熟的经
典弹塑性模型所建立的，弹塑性模型在数学上较严格，
但是与混凝土材料破坏机理不协调。大量研究表
明[1 ，混凝土的破坏过程是各种尺度损伤(微孔洞、
微裂缝)的演化、发展和累积所造成的，很少涉及诸如
晶格位错等微观尺度上的组成结构变化，在荷载尚未
达到可使混凝土材料组分发生屈服或塑性流动之前，
混凝土作为整体已经完全破坏了，所以经典意义上的
“塑性变形”在混凝土非弹性变形中所占比例很小。混
凝土的非线性应力一应变特性主要是由微裂缝的产生
和集结所引起的。考虑到这个劣化过程，仅仅用塑性
理论不能真实地反映材料的本构特性，而连续介质损
伤力学(CDM)理论在发展这种材料的本构关系中提
供了新的理论框架。从物理意义来看损伤力学是比较
适合用来描述混凝土材料的本构关系的。
1 损伤力学理论框架简介
以连续介质力学与不可逆热力学为基础的连续介
质损伤力学把连续介质的微缺陷理解为连续的“损伤
场”变量，并假定损伤的能量耗散过程满足不可逆热力
学定律，利用连续介质力学的“唯象学”方法研究微缺
陷(损伤)的发展及其对材料力学性质的影响。损伤理
论的研究重点是：定义合理的损伤变量；建立材料损伤