，I九个小图是钢筋与混凝土的有效粘结范围内的界面细观损伤状态，分别对应粘结性能系数与自由端滑移曲线中的A～I九个宏观性能状态点。......
2023-08-26
钢筋混凝土粘结界面损伤多尺度模拟
【摘要】：图6.19钢筋混凝土结构损伤一致多尺度建模示意图
土木工程中的钢筋混凝土结构一般都体量巨大，对钢筋混凝土结构的损伤模拟如果全部采用上述的细观损伤演化模型显然是不可行的，因此需要进行结构损伤的多尺度模拟。为避免多尺度分析过程中的信息传递失真，应采用一致多尺度方法对钢筋混凝土结构损伤演化过程进行模拟，即对结构中的易损局部细节部位采用细观损伤模拟，对其他部位采用宏观尺度下的模拟。由于混凝土的多相性以及钢筋混凝土结构的复杂性，钢筋混凝土结构中的局部易损区域的准确位置及局部损伤域的演变是很难预先估计的。因此需要应用网格自适应加密技术，即依据应力场、损伤场的计算结果进行判断、实施损伤演化区域网格的自动加密。
以钢筋混凝土梁的损伤多尺度模拟为例，梁中钢筋混凝土粘结界面由数个粘结界面局部区域组成，初始时采用宏观尺度网格进行划分，内部包含材料宏观连续的钢筋单元与混凝土单元。如图6.19所示。宏观尺度域中的混凝土采用线弹性本构关系：
式中，Ec为混凝土的弹性模量。
在模拟计算其应力分布和损伤变量的过程中对每个加载步后的所有局部区域的应力应变情况进行监控，一旦某个宏观尺度网格划分的局部区域中的损伤变量达到其演化的阈值，立刻将这一局部区域的网格重构为细观尺度域的单元，在细观尺度的模型中，混凝土不再是连续均匀的，而是包含了细观尺度上非均匀的各种不同组分的钢筋单元、砂浆单元与粗骨料单元。钢筋、砂浆和粗骨料的材料本构关系及损伤方程由式（6－9）～（6－11）给出。在宏观尺度域的单元与细观模型之间设置有过渡区（如图6.19）。
这样的一致多尺度损伤模拟方法，在未发生损伤演化的区域采用宏观尺度域网格划分，可极大提高计算效率；对发生损伤演化的区域进行细观尺度损伤模拟，将混凝土离散为砂浆与粗骨料两种细观单元，保证了结构损伤分析的精度。
图6.19 钢筋混凝土结构损伤一致多尺度建模示意图（彩图见附录）
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2023-08-26
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