混凝土高温力学特性与本构方程

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发布时间：2022-02-24

资料介绍

采用微波炉加热方法建立了一套有效的混凝土高温单轴压缩试验技术，获得混凝土在温度为 16～650℃时的应力应变
曲线，试验结果分析表明混凝土经高温损伤后，混凝土强度下降，峰值应变增大，弹性模量减小。在此基础上，定义温度软化因子
与损伤变量，以经典损伤理论模型为基础，借用混凝土微单元的强度概率分布函数，结合混凝土宏观高温力学特性，构建了一个
统一方程来描述混凝土在高温时的受压损伤全过程，结果表明该混凝土本构模型与试验结果吻合较好，方程简单，物理参数含义
明确，便于应用。
关键词：混凝土；高温；本构关系；损伤模型
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2014)02—0025—04
High-tem perature mechanical behaviors and constitutive model of concrete
似 B抽，YANG Fan ，TAO Junlin ，YAOHuachuan
(1．School ofCivilEngineering andArchitecture，SouthwestUniversityofScience andTechnolog，Mianyang621010，China；
2．ChongqingResearchInstitute ofChinaCoalTechnologyandEngineeringGroup corporation，Chongqing400016，China)
Abstract： An effective technology about tmiaxial compression test of concrete with high—temperature was established by the microwave
heating．Got many stress—strain curves of the concrete whose temperature chan ged from 16℃ to 650 ℃ ．The test results showed that the
strength of concrete decreased，the peak strain increased an d the elastic modulus decreased when the concrete was at high temperature．On
the basis ofthe preceding tests resuhs，an temperature softening factor an d a damage variables were defined．At the same time，according to
the mechanical behaviors of hi曲一temperature concrete，based on classic damage theory and concrete microcell’S probability distillation
function of strength，a unified equation was put forward to describe the whole process of high-temperature concrete’S stress—strain relations
under uniaxial compression．The equation was simple，had clear physical param eters an d tallied closely with the test results．So it can be
used in engineering．
Key w ords： concrete；high temperature；constitutive relation；damage model
0 引言
混凝土结构经常地或偶然地处于高温状态，如烟囱、冶
金车间、核安全壳及建筑火灾等。混凝土材料在高温环境下，
与普通混凝土相比，其力学性能呈现出极大不同【 -4]：随着
温度的升高，混凝土的各项强度指标，包括抗压、抗弯、抗
剪、抗拉强度以及弹性模量等都呈衰减趋势；应力应变全
曲线随着混凝土温度的提高，曲线渐趋扁平，峰点明显下
降和右移。高温下混凝土的性能劣化主要是由于材料遭受
温度损伤所致，W．Nechhnech等人 [1]定义了温度损伤变量，
提出了一种素混凝土高温下弹塑性损伤模型；B．M Luccion
等人[2]考虑了温度塑性损伤，以温度损伤变量总体表示高
温下混凝土的复杂变化，提出了高温混凝土热力学损伤模
型；Rosen Tenchev等人[3]在分析高温混凝土应力中耦合了
湿一热分析、水蒸汽迁移和孔隙压力，建立了损失本构模型，
以预测}昆凝土的破裂深度及时间。李荣涛等人 [51在已有的
收稿日期：2013-08-20
基金项目：国家自然科学基金项目(10602048；10972187)
、vi1lam．Wamke弹塑性屈服准则基础上发展了考虑脱水和
脱盐引起的材料损伤及化学塑性软化、塑性应变硬化／软
化和吸力硬化的广义 Willam．Wamke本构模型，以模拟高
温下混凝土的材料非线性行为。南建林等人同试验确定了
不同温度一应力途径下混凝土强度与变形的变化规律，基
于试验数据，建立了温度一应力耦合本构关系。
由于混凝土材料为多相复合材料及影响混凝土力学
性能因素众多，国内外有关高温下混凝土力学性能的研究
结果尚少，现有的高温试验技术尚不完善，混凝土高温试
验数据离散性较大，所建立的混凝土高温损伤模型形式复
杂，应用不方便。
本研究采用微机控制电液伺服万能试验机系统与微
波加热技术设计出一套有效的混凝土高温试验技术，在高
温(≤650℃)下进行了强度和变形的系统性试验分析，在
试验数据分析基础上，定义强度温度软化因子与损伤变量，