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混凝土作为重要的建筑材料,被广泛的运用于各种工程领域。然而,混凝土结构在拌制、建设、使用过程中会出现不同程度、不同形式的裂缝。裂缝的存在不仅会影响建筑物美观性,更会对建筑物的正常使用和结构的耐久性造成威胁。因此,裂缝问题倍受人们的关注。近年来,随着国家大兴土木,建筑行业的繁荣发展使得这一问题变得更为突出。 混凝土结构内部复杂。在一定层次上,混凝土是由骨料、砂浆和粘接面构成的。由于种种原因,混凝土结构中在受到外荷载以前就已经产生了大量的微小裂纹。随着荷载作用的不断增加,裂缝不断展开进而连通,形成宏观的裂缝。因此,基于断裂力学和损伤力学的相关理论研究不同混凝土级配、不同混凝土细观结构等因素对其损伤和失效的影响,显得尤为重要。 本文基于材料构型力学的两个基本概念:构型力和守恒积分来描述混凝土的损伤和失效。一方面,采用砾石骨料(截面为圆形),同时利用瓦拉文公式将混凝土中的三维骨料转化为二维,并计算出骨料的数目,进而确定出随机骨料模型,建立其有限元分析模型,并利用守恒积分中的J积分来描述混凝土的断裂扩展。另一方面,本文利用J积分对应的材料构型应力bji,即Eshelby能量动量张量来与传统的Von Mises屈服准则进行对比,描述含裂纹混凝土的损伤问题,同时利用等效构型力屈服准则来标定混凝土的屈服。 结果表明,当骨料含量越多,J积分值越小,说明骨料对裂纹有抑制作用;骨料区域与裂尖的夹角在0°~90°时,裂尖J积分大于远场J积分,说明此时骨料对裂纹有抑制作用;当骨料区域与裂尖夹角在90°~270°时,裂尖J积分小于远场J积分,说明此时骨料促进了裂纹的扩展;基于等效构型应力云图,我们发现当考虑骨料区域时,裂纹前端的骨料区域将使得裂尖的塑性屈服区发生一定的变化,从而使得裂纹会发生一定的偏转。