在PBX 细观损伤的实验研究方面，国内外众多学者已有过不少的研究。Palmer 等［19］和Chen 等［20］在对PBX 间接拉伸的实时显微实验中观察到了颗粒断裂、界面脱黏、黏结剂基体开裂等多种损伤破坏形式。Chen 等［21］和Palmer 等［19］对PBX 的破坏性质进行了研究。Rae 等［23］首次将高灵敏度的云纹干涉法应用到PBX 材料的细观变形破坏研究，主要将巴西实验与云纹干涉法相结合。......
2023-06-27
钢筋混凝土拉拔构件细观损伤分析模型
【摘要】：图6.17钢筋混凝土拉拔试样损伤分析的细观模型钢筋混凝土粘结性能的劣化主要是粘结界面区的缺陷及混凝土的细观结构弱化导致的，在界面区的细观模拟中，钢筋采用线性弹性本构关系，砂浆与粗骨料采用含损伤后的混凝土本构关系。如图6.18所示的弹性损伤本构关系模型可表示为：式中，Em与Ea分别为砂浆与粗骨料的初始弹性模量。
钢筋混凝土拉拔试验是研究钢筋混凝土粘结性能及其拉拔性能劣化的主要方法，因此，为了解钢筋混凝土粘结界面损伤性能和具体介绍粘结界面损伤模拟方法，这里首先针对钢筋混凝土性能试验中常用的拉拔试件来建立粘结界面细观损伤分析模型。
常用的拉拔试验装置如图6.15所示，钢筋上端布置位移计可测得钢筋自由端滑移，钢筋下端连接试验机为试件加载。拉拔试件尺寸如图6.16所示，构件的上下部钢筋与混凝土之间均有一个长50mm的PVC缓冲套筒，故在总高180mm的拉拔试件中的钢筋与混凝土的有效粘结长度为80mm。
图6.15 拉拔试验装置示意图
图6.16 拉拔试件尺寸
钢筋混凝土拉拔构件沿钢筋中轴线对称，同时约束和荷载也成对称分布，所以在对拉拔试件进行建模时沿钢筋中轴线取其中的一半进行建模。根据拉拔试验过程中试样上所承受的荷载与边界约束对模型进行约束与加载，考虑到对称性，钢筋中轴线处水平方向的位移始终为0，故对模型的钢筋中轴线处的水平方向施加固定约束。由此建立的钢筋混凝土粘结界面细观损伤模型如图6.17所示。图中混凝土中的粗骨料组分为图中蓝色的单元，其中的材料本构关系为σa＝f（εa，Da）；砂浆组分为图中浅灰色的单元，其中的材料本构关系为σm＝f（εm，Dm）；其中，Da，Dm分别为骨料和砂浆组分中的损伤变量。钢筋组分为图中红色的单元，其中的材料本构关系为σs＝f（εs）。
图6.17 钢筋混凝土拉拔试样损伤分析的细观模型（彩图见附录）
钢筋混凝土粘结性能的劣化主要是粘结界面区的缺陷及混凝土的细观结构弱化导致的，在界面区的细观模拟中，钢筋采用线性弹性本构关系，砂浆与粗骨料采用含损伤后的混凝土本构关系。
钢筋本构关系方程如下：
式中，Es为钢筋的弹性模量。
砂浆材料与粗骨料材料的本构关系均采用如图6.18所示的损伤本构模型［28］，但模型中的各个性能参数将根据砂浆与粗骨料各自的材料性能分别取值，不同组分的性能参数就构成了砂浆与骨料的不同的本构关系，以模拟混凝土中存在的不同组分的材料性能及其非均匀特性。
图6.18 粗骨料与砂浆材料单轴弹性损伤本构模型
从图6.18可以看出这里的粗骨料与砂浆材料的力学模型比较简单，而混凝土材料非线性分析中常用的本构关系比这个要复杂得多。这是由于如若将混凝土材料视为宏观上均质连续材料，其损伤以后的本构关系必然是非线性本构关系；而这里的混凝土细观模拟是考虑了混凝土细观组分的非均匀性，虽然对材料中的每个组分采用了简单的本构关系，混凝土的非线性损伤行为仍然可以通过各个细观组分之间的协调变形性能及其损伤演化过程来描述。这里采用的是细观力学的基本理念：用细观尺度上各组分的简单本构关系来描述宏观尺度上所有组分的复合体的复杂本构行为。
如图6.18所示的弹性损伤本构关系模型可表示为：
式中，Em与Ea分别为砂浆与粗骨料的初始弹性模量。参考文献中的单轴压缩试验［29］获得的混凝土破坏强度与常用强度混凝土的数值“配比方案”［30］，取Em的参考值为22.2GPa，Ea的参考值为75GPa，混凝土弹性模量Ec的参考值为31.5GPa。
在单轴拉伸时损伤变量Dm与Da的表达式如下：
式中，εi－t0为损伤拉应变阈值，εi－tu为极限拉应变；用关系式fi－tr＝fi－tλi－t定义拉伸残余强度系数λi－t，fi－t为单轴抗拉强度，fi－tr拉伸损伤后的单元残余强度。
在单轴压缩时的损伤变量Dm与Da的表达式如下：
式中，εi－c0为损伤压应变阈值，εi－cu为极限压应变；用关系式fi－cr＝fi－cλi－c定义压缩残余强度系数λi－c，fi－c为单轴抗压强度，fi－cr压缩损伤后的单元残余强度。
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