混凝土_多轴强度_破坏准则_本构模型ppt课件

. 1，2.8多轴强度与结构关系，2，在钢筋混凝土结构中，混凝土几乎不存在单轴压力或轴拉伸应力状态梁、板、柱构件、混凝土实际上处于二维或三维应力状态双向板、壁板、剪力墙与折板、壳体、重大特殊结构、 例如核反应堆的压力容器和安全壳体、大坝、设备基础、重水冲压机等是典型的二维和三维结构，其中混凝土的多轴应力状态是可靠的设计时采用混凝土的单轴压力或拉伸强度时，其结果，如果双轴和三轴压力强度过低，材料就会浪费，但是多轴压力应力状态的强度过高多轴应力状态的存在与问题，3、许多国家对混凝土多轴性能的大量系统试验与理论研究，取得的研究成果已纳入相关设计规范。 美、英、德、法等国家的预应力混凝土压力容器设计规程，俄罗斯和日本的水工结构设计规范，以及模式规范CEB-FIPMC90等都有明确的条款，规定了混凝土多轴强度和结构关系的计算公式(或图、表)。 这些成果应用于工程实践，取得了良好的技术经济效益。 自上世纪60年代以来，我国一些大学和研究院相继开展了混凝土多轴性能的试验和理论研究，取得了相应的成果，为混凝土结构设计规范首次进入多轴强度和本构关系奠定了坚实的基础。 国内外多轴性能研究综述，4、计算机的发展应用、有限元分析方法逐渐成熟，为准确分析复杂结构提供强有力的理论和运算手段，研究合理准确的混凝土破坏标准与结构关系是当务之急。 同时，电子测量和控制技术的进步为复杂混凝土多轴试验设备的建设和测量技术的改进提供了条件。 混凝土材料的性质复杂多变，多轴强度和变形随多轴应力状态的不同而有很大差异。 迄今为止，今后也很难找到正确的理论方法，可以从混凝土材料的性质、组成和制造技术等原始条件推断出多轴力学性能。 因此，最现实合理的方法是建造混凝土多轴试验设备，制作试样直接进行试验测量。 可能需要通过试验设备获得多轴力学性能。 5、5、5,2.8.1试验设备和方法，所有混凝土多轴试验装置均根据试验片的应力状态，利用1、常规三轴试验机或现有大型材料试验机，具有独立于带活塞高压缸的油泵、油路系统。 试验时，将试验片放置在缸内的活塞下方，试验片旁边用油泵施加油压，纵向用试验机用活塞加压。 试验片加载前外包橡胶膜，防止高压油进入试验片裂缝，使试验片膨胀，降低强度。 6、使用中空圆筒试料，向缸外或缸内施加侧压，也可以进行双轴承压力(C/C )或拉伸/压力(T/C )试验。 试验采用圆柱体或棱柱体试验片，试验片三轴承压力(C/C/C )时，必须双向应力相等，称为通常的三轴承压力，区别真正的三轴承压力试验。 另外，33354通常的三轴、33354通常的二轴、7、2、真三轴测试装置的测试装置的结构如图所示。8、试验中：试料挤在角上，变形变大时，试料受到非对称应力变大的变形不能互相补偿。 该机械设备使试件产生强制应力，实测破坏载荷并不代表试件的破坏载荷。9，双轴(或三轴)分离试验装置：由两(或三)个独立的相互不连结的框架构成，在水平方向的两个框架中，一个用电缆吊着，另一个放在滚动轴承上。 垂直框架由平衡配重悬挂，适用于试件在水平方向和垂直方向受应力变形。 在、10、复杂结构中，混凝土的三向主应力不同，可能有拉伸压力。显然，试验装置可以向3个方向任意拉伸，并施加与压缩应力不同应力比率(1:2:3 ) . 70年代以后开发的试验装置大部分是这样的。 真三轴试验装置最大负荷能力为：压力： 3000kN/2000kN/2000kN拉伸力： 200kN/200kN混凝土试验片一般为边长50150mm的立方体. 进行双轴应力状态试验时，也可以采用板式试验片，最大尺寸为200mm200mm50mm。 真三轴试验装置必须自行设计开发，没有统一的试验标准，也要解决复杂的试验技术问题，成本和试验费用高。 但是，为了得到混凝土的真三轴性能必不可少。11、设计混凝土三轴试验方法和试验装置时，有些试验技术问题需要研究和解决。 否则，影响试验结果的可靠性和准确性，决定三轴试验的成功与否。 主要技术难点及其解决办法如下： (1)在减少试样表面摩擦混凝土立方体试样的标准压坏试验中，仅施加单向压力，通过钢压板对试样端面的横向摩擦约束，提高了混凝土的试验强度。 在多轴承压力试验的情况下，如果不消除或减少这种摩擦作用，各受压端面的约束就会加强，混凝土的试验强度倍增，试验结果不真实，没有实际价值。 混凝土多轴试验，有效的减磨措施有四种。 在试验片和加压板之间设置减摩垫刷子加载板柔性加载板金属箔液压垫。 后三种措施取得了较好的试验数据，但附件结构复杂，加工困难，成本高，且减摩效果不理想。 迄今使用最多的是各种材料和结构的减摩垫层，例如，在2片聚四氟乙烯(厚度2mm )之间放入二硫化钼糊，在3片铝箔(厚度0.2mm )之间放入二硫化钼糊。12、(2)施加拉伸力对试料施加拉伸力时，强粘接剂必须牢固地粘接试料和装载板。 另外，试验片在浇注和冲压过程中形成含有大量气孔和水泥砂浆的表层(厚度约24mm )，抗拉强度低，因此，用于抗拉试验的试验片首先制作大小的混凝土试验片，然后用切割机切割表层5mm制作。 (3)测量应力和应变的混凝土多轴试验中，试料表面受到载荷板的阻碍，周围空间小，成为应变测量的难点。 在试验中，采用直接测量法，在试料表面设置浅槽(深度23mm )粘贴电阻应变计，在用水泥灰浆平整涂抹或磨平的试验片的边缘粘贴电阻片(影响试验片的性能，应变片有可能被破坏)。 间接测量法使用电阻式或感应式的变形传感器，测量同方向的2块加载板的相对位移，减去预定的减摩垫的变形，计算试样变形。 前者准确，但量程有限，适用于双轴试验和三轴拉伸/压力试验后者结构复杂，量程大，适用于三轴承压力试验。 实际结构中控制应力(变化)路径的点的三向主应力值将随着载荷的变化而有不同的应力路径。 所有的三轴试验大部分都是单调地负载纵横比(1:2:3=const )，直到试验片破坏为止。 应力比率是通过电液控制系统实现的，一般设备都具备该功能。 一些设备还包括可进行各种应力(变化)路径测试(例如：三向应力的比例载荷)的定侧压载荷重复卸载的变形、变形速率控制载荷等。、15、(5)试验片的尺寸(即负荷的空间)小(一般为50100mm )，但负荷大(10003000kN )，因此要求比较大且具有刚性的负荷(缸体和活塞)和负荷(交叉和拉杆)机构，在结构上困难(6)试验片受到力后从三个方向施加的力要求始终保持中心，不产生偏心作用.16、2.8.2破坏标准1 .破坏包络面的形状及其表现方式为：在主应力空间坐标系(1、2、3 )中，将实验中得到的混凝土的多轴强度(f1、f2、f3)的数据按照每个地标在主应力坐标空间断裂包络面与坐标平面的交线，即混凝土的双轴断裂包络线。17，在主应力空间中，与各坐标轴等距离处的各点相连结，成为静水压力轴(即，各点的应力状态满足1=2=3 )。 该轴必须通过坐标原点，且与各坐标轴所成角度相等，都将静水压力轴上的一点与坐标原点的距离称为静水压力()，由于其值是3个主应力向静水压力轴的投影之和，静水压力轴、18，与静水压力轴垂直的平面为偏平面. 3个主应力轴在偏平面上的投影分别为120o角。 同一偏平面上各点上的3个主应力之和为一定数： I1为应力张量ij的第一不变量，偏平面与破坏包络面的交线为偏平面包络线。 不同静水压下的偏平面包络构成一系列闭合曲线。 在、19、偏平面包络线为三折对称，具有角度60o范围内的曲线段，与直线段一起构成全包络线。 设主应力轴正方向为=0o，负方向为=60o，除此之外的部分为0o60o。 从偏平面包络线上的一点到静水压力轴的距离称为偏应力r。 偏应力在=0o时为最小(rt )，随着角变大，在=60o时为最大(rc )，因此为rtrc。 从、20、工程的观点来看，混凝土沿各个方向的力学性能可视为相同，即立方体试样的多轴强度仅依赖于应力比例1:2:3，与各应力的作用方向x、y、z无关。 例如，混凝土的单轴抗压强度fc和抗拉强度ft无论在哪个方向上作用都具有相同的强度值。 包络平面中的每一个均具有三个点，每个点位于三个坐标轴的负方向和正方向上，21，类似地，混凝土的双轴等压(1=0，f2=f3=fcc )和等压(3=0，f1=f2=ftt )强度位于坐标平面中两个坐标轴的等分线上，并且在三个坐标平面中分别具有它们对于任意应力比(flf2f3)的三轴承压力、拉伸或拉伸/压缩应力状态，从工程学角度考虑混凝土的各向同性时，从破坏横截面呈三重对称，在应力空间中描绘各6点，位于同一偏平面上，且角度的值相等。 _难以绘制任意应力比下的多轴破坏强度：22，破坏包络曲面的三维立体图，不适合理解和应用，始终通过拉伸子午面和偏平面上的平面图形来表现。 拉压子午面是由静水压力轴和任意一个主应力轴(图中的3轴)构成的平面，同时通过另外两个主应力轴(1、2 )的等分线。 将该平面与破坏包络面的交线分别称为拉伸、压子午线。23、(1)、拉伸子午线的应力条件为12=3，线上的特征性强度点为单轴拉伸(ft、0、0 )和双轴具有均等的压力(0、-fcc、-fcc )，偏平面上的角度为=0o)，压迫子午线的应力条件为1=23，线上为单轴(3)、拉伸、压子午线与静水压力轴在一点相交，即三轴等拉(fttt、fttt、fttt )。 光圈、从光圈子午线到静水压力轴的垂直距离为偏应力rt和rc。 命名，=0o，=60o，24，光圈子午线不是应力状态的光圈或光圈，相当于三轴试验过程。在对试验片施加静水应力1=2=3之后，对单轴1施加拉伸力，则成为12=3，称为子午线的试验片首先施加静水应力1=2=3，然后对另一轴3施加压力，则成为1=23，称为压子线。，=0o，=60o，25， 我国混凝土结构设计规范附录C.4所采用的-王规范与试验结果十分一致，以八面体应力无量纲表示，采用幕式函数拟合混凝土破坏包络面.2.规范中的破坏规范、混凝土破坏规范所包括的5个参数采用试验数据进行回归分析前者的计算工作量大，一般采用后者。 王破坏标准，26，单轴抗压和抗拉强度是混凝土的基本强度指标，应作为优先的两个特征强度值。 剩下的3个特征性的强度包括：能够选择包络面的前端，即子午线交点处的3轴等拉伸强度的试验数多的双轴等压强度，和强度高的通常的三轴抗压强度(0f1=f2f3，=60o )。 这样，在拉、推子午线上分别有3个控制点，可以很好地拟合实验结果。27，此公式计算各种应力状态下混凝土的多轴强度理论值，并绘制子午线和偏平面包络线以及双轴和三轴包络线。 按此标准计算的混凝土多轴强度值与国内外试验结果一致。 将得到的参数值代入基本方程式，混凝土的破坏基准式：3354354335353354过-王破坏基准式，28，选择的上述5个特征强度值是对国内外许多研究人员的试验结果进行分析确定的，与此对应的混凝土破坏基准(上二式)是各种试验对于某特定的混凝土材料，或者在有限的应力比或静水压力范围(例如双轴应力状态)内，为了得到更正确的破坏基准，进行试验测定，或者参照现有的试验资料另外设定5个特征强度值，得到相应的破坏基准计算式。29、30、2.8.3多轴强度管理的示例可以在二维和三维结构被在线弹性或非线性分析之后获得混凝土的多轴应力状态，以多轴强度设计值来管理或以破坏准则来管理。 通常对混凝土破坏标准进行编程，结构分析后，计算机完成混凝土应力分析和多轴强度管理。 以下举几个手法例题，说明具体的计算方法和步骤，有助于理解混凝土破坏标准。 例1混凝土三向压力、应力比133602:3=-0.153360-0.-1，使用上述破坏基准计算多轴强度值。 解：三轴抗压强度为：其中x为未定值。 相应地通过.31，无维八面体正，剪应力和偏平面角度：代入，32，标准：建立，解超越方程： x=4.48，混凝土三轴抗压强度：试验结果表明，以上比例的混凝土三轴抗压强度：接近计算值。33、例2钢筋混凝土的平面构造，根据载荷设计值，在线弹性分析中最不利的位置的主应力为(-5、-16N/mm2)，尝试确定混凝土的强度等级(按混凝土破坏基准计算)。 解：将此处混凝土的应力状态描述为三轴应力形式：三轴抗压强度为：相应：计算破坏标准的各指标和参数值：34，代入，标准：求解超越方程式： x=1.37，35，该强度值大于下图所示的混凝土多轴抗压强度设计值。 另外，选择C30混凝土时，单轴抗压强度的设计值为fc=14.3N/mm2，因此选择该C25混凝土时，单轴抗压强度的设计值为fc=11.9N/mm2，能够满足承载能力的要求，36、 例3混凝土的三个方向的应力比为(0.1: 0.06:-1 )和(0.04:-0.5:-1 )，决定了对应的三轴拉伸强度(按混凝土破坏基准计算)。解：三轴拉伸-拉伸-压缩应力状态应力比：将三轴压缩强度代入相应的计算式：从基准中取得：解该超越方程式：x=0.571，将三轴拉伸强度分别代入：37，