基于改进混合物理论的混凝土新型微平面模型

混凝土本构关系研究是混凝土结构研究的核心和基础。已有研究或将混凝土简化为单一匀质材料，或须模拟混凝土复杂的细观结构，难以在精度和效率之间取得平衡。.本申请从材料细观结构异质性和不同性质微裂缝演化机理出发，将混凝土视为由基体（砂浆和粗骨料并联）与界面过渡区串联组成的多相复合材料，发展一类新型微平面本构模型。研究过程中，基于薄弱面思想分别建立描述砂浆、粗骨料集（所有粗骨料集合）和界面过渡区的微平面损伤模型、微平面塑性模型和多裂缝塑性损伤模型；基于热力学基本原理，发展考虑各相组分相互作用的改进混合物理论，并将上述单体本构关系整合为统一的混凝土微平面本构模型；发展模型的数值算法并将其嵌入有限元分析程序；设计并进行构件和结构试验，验证模型的有效性。.与已有研究不同，拟发展的模型同时反映了材料细观结构异质性和微裂缝演化机理对混凝土多维非线性行为的影响，可望应用于精细化的结构分析、设计和性态控制。

根据项目研究计划，负责人在混凝土新型微平面模型及其结构局部破坏分析应用等方面开展了较为深入的研究，取得了以下研究成果：.(1) 分析了当前混凝土微平面模型模型在“宏观→细观”物理量映射、细观本构关系和“细观→宏观”均匀化等方面存在的主要问题以及产生这些问题的根源。.(2) 从应变空间弹塑性损伤理论出发，提出了一类基于运动约束的混凝土微平面弹塑性损伤模型, 引入了考虑材料内摩擦能量耗散影响的体积/偏量耦合机制，在保证能量守恒的同时能有效描述受压体积剪涨效应，解决了微平面模型多年来存在理论难题；.(3) 在不可逆热力学和内变量理论的基础上，将材料刚度退化和不可恢复变形作为微裂缝的各向异性演化特征统一加以考虑，发展了一类基于静力约束的混凝土多裂缝弹塑性损伤模型，能够很好地反映比例加载和非比例加载下的混凝土局部损伤和破坏行为；.(4) 创造性地提出了热力学相容的张量正、负投影算子，能够保证任意加载路径下的能量守恒，解决了反复拉压荷载下已有各向异性单边损伤模型违反能量守恒原理这一悬而未决的理论难题，获得了国际损伤力学界著名学者的高度评价；.(5) 原创性地提出了考虑裂缝强不连续特征的位移场统一表达形式，在国际上首次全面、系统地分析了裂缝变形协调关系和力平衡条件对内嵌裂缝模型和扩展有限元和等新型数值方法分析结果的影响，获得了国际计算破坏力学界著名学者的高度评价；.(6) 直接考虑软化铰引起的不连续位移，提出了高精度的内嵌软化铰模型理论、数值算法和有限元数值实现方法，并将其应用于混凝土框架结构破坏全过程分析，取得了良好的计算效果。.(7) 深入研究了混凝土损伤和破坏时发生的应变局部化现象，提出了同时满足变形协调关系和应力场连续条件的混凝土破坏力学统一理论，构建了基于非线性应力—应变关系的损伤力学模型和基于黏聚力—位移跳跃的非线性断裂力学模型之间的桥梁。..目前，在本项目资助下，负责人已在本领域公认的国际权威TOP期刊发表第一作者和通讯作者SCI收录论文4篇、EI收录论文1篇，国际会议论文4篇；另有3篇论文（均为通讯作者，其中2篇为第一作者）已投稿至国际顶级学术期刊。相关研究成果获得了浙江省科学技术奖（基础理论类）一等奖1项（第6完成人）和第12届全国混凝土基本理论与工程应用学术会议优秀论文奖。..在研期间，培养（含在读）硕士研究生3名，博士研究生1名。