新疆水利水电学校 新疆乌鲁木齐 830000
摘要：简要介绍了混凝土本构关系的几种类型，以及常用的的几种方法对混凝土本构关系的研究，对目前混凝土本构关系研究中存在的问题进行了简要阐述，并对出现的问题进行了初步分析，指出其力学特性的研究对合理充分发挥材料自身强度、提高设计水平、保障工程安全、降低投资成本具有十分重要的意义。
关键词：混凝土；本构关系；探讨
1概述
混凝土是一种在生产实际中广泛应用的建筑材料，随着现代科学技术水平的发展和生产力的提高，混凝土的应用范围已经由单纯的房屋建筑结构衍生到大体积混凝土重力坝及拱坝、高流速泄水建筑物、高海拔严寒地区大体积建筑物、强侵蚀环境等复杂应力环境下工作的结构，所有这些都给建立混凝土的本构关系带来困难。
2混凝土的本构关系
目前不同的混凝土本构模型不下几十种所根据的理论框架不同，即使采用同一种理论框架，其确定参数的方法也不相同。按现有的本构模型基本上可以分成四大类，即线弹性模型、非线性弹性模型、塑性理论模型以及其它力学理论的本构模型。在这些本构模型中，有些是以成熟的力学体系，例如弹性理论或弹塑性理论等的视点和方法作为基础，有些则是借助新兴的力学分支，例如粘弹 一 塑性理沦、内时理沦、断裂力学、损伤力学等概念，结合混凝土材料特点推演而得。还有些则是以混凝土多轴试验数据为依据，进行概括和回归分析后得到。
2.1基于弹性理论的本构模型
弹性理论的本质特征是应力应变关系有一一对应关系，其中最简单的是线弹性关系。
这种关系对一次加载到破坏的分析是很实用的，因一次加载的极限承载力是工程师最关心的，因而这种本构关系在实际结构的分析中应用很广。
2.2非线弹性本构模型
该本构模型是属于经验型的，它适用于单调加载和混凝土受压区处于非线性变形阶段。这类本构模型有两种形式，一是全量式应力应变关系，采用不断变化的割线模量，另一类是增量式、厂应变关系，采用不断变化的切线模量。
非线弹性本构模型有代表性的为Ottosen，的全量式本构模型，Darwin-Peknold增量式的本构模型，和Gerstle-Stankowski的藕合本构模型。按塑性理论的观点，塑性本构关系从本质上来一说是增量型的，可是这并不排斥在一些特殊情况下，按全量理论计算的结果反比按增量理论计算的结果好一些。
2.3以经典塑性理论为基础的混凝土塑性本构模型
这里主要讨论增量型塑性理论的混凝土本构关系。增量型塑性理论要对屈服条件、流动法则、硬化法则、加载准则作出一些假设和规定，这与弹塑性理论教程中所论述的大致相同。除上述模型外，还有弹全塑性混凝土断裂本构模型，弹塑性混凝土硬化断裂本构模型，以及塑性断裂理论本构模型。
2.4基于粘弹性和粘塑性的本构关系
由于混凝土有蠕变性能，因而有些采用粘性和粘塑性的理论来建立混凝土的本构关系，最常用的是采用Maxwell模型，Kalvin模型以及这两种模型的组合。一方面由于分析复杂，另一方面也由于实验困难而艰巨，目前应用较多的还是1维蠕变分析.
2.5损伤力学的模型
混凝土在加载之前就存在着微观裂纹，加载以后裂纹扩展而导致破坏，因而用损伤力学的观点来描述混凝土的本构关系不仅可作宏观计算，也可作微观机理的说明。损伤力学的一个重要概念是引入损伤变量D，使本构关系
[E]=（1-D）[E0] （5）
显然，0≤D ≤1，D=0时为无损伤材料，D=1为完全损伤材料。损伤变量D的变化规律是建立本构关系的关键。
3混凝土本构关系描述尚存在的问题
1）本构模型的构造越来越复杂，有的片面追求参数多少，导致计算量增大，而计算精度并没有显著提高。
2）非关联流动准则使得模型给出不对称的刚度张量，在有限元中会产生计算量大幅度增加的严重问题，在理论上也存在一定缺陷；而关联流动准则由于不能描述剪胀（扩容）现象，而被认为不可能正确地描述混凝土的塑性性能。
3）在应力空间中，描述混凝土的软化行为非常困难。常见的办法是转换到应变空间中，由应变控制。但在实际应用上也出现了不少问题，因为材料软化段在应变空间上很容易受一些外界因素的影响。
4）将多种模式组合，如塑性、断裂，粘弹塑性，塑性、损伤，内时塑性，内时损伤等将会得到进一步的研究 此外，有关动力分析的本构关系，基于随机因素的本构关系值得进一步探
5）从实验研究来看，在三轴应力状态下的应力应变测得数据还不够多，方法也有待改进。
4对存在问题的认识
人们对于本构模型不应该片面追求参数多少，认为参数越多就越能更好地反映材料的特性，而应该抓住反映混凝土特性的关键部分，充分认识利用几个精确的实验结果往往比大量重复性的堆叠试验数据更为有效。
总之，通过多元化建模，总结实验结果，参数规律，可以更加精准地把握混凝土本构关系，从而更加准确应用与实际中。
参考文献
[1]陈惠发，萨里普.混凝土和土的本构方程[M].北京：建筑工业出版社，2004
[2]徐秉业，刘信声.应用弹塑性力学[M].北京：清华大学出版社&Springer，2004
[3]江见鲸.泵关于钢筋混凝土数值分析中的本构关系[J].力学进展，1994.
[4]王哲，林皋.混凝土的一种非相关流塑性本构模型[J].水利学报，2000（4）：8-13.
[5]过镇海.混凝土的强度和变形 —试验基础和本构关系[M].北京：清华大学出版社，1997.186.
论文作者:冯济慈
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/22
标签：塑性论文; 混凝土论文; 模型论文; 关系论文; 理论论文; 力学论文; 损伤论文; 《建筑学研究前沿》2017年第15期论文;