适用于单调和循环压缩条件下冻融损伤混凝土的统一损伤-塑性本构框架

《Materials》：A Unified Damage–Plasticity Constitutive Framework for Freeze–Thaw-Damaged Concrete Under Monotonic and Cyclic Compression

　　

摘要

为了对混凝土在冻融作用后的单调和循环压缩响应进行统一描述，提出了一个一维的现象学损伤-塑性本构框架。冻融引起的预损伤通过初始静态刚度的退化来量化。使用Mander型方程来描述单调包络线，而残余应变则用于表征塑性变形。定义了一个带符号的刚度变量，以区分峰值前的压实状态和峰值后的力学损伤，并且卸载和重新加载过程分别用分段幂律函数来表示。该模型使用36条再利用粗骨料自密实混凝土在硫酸盐冻融循环下的单调压缩曲线以及普通混凝土在海水冻融循环下的循环压缩数据进行评估。在独立确定包络线形状参数后，单调响应的平均R²值为0.978，平均NRMSE值为0.041；而完整的循环响应的平均R²值为0.941，平均NRMSE值为0.066。由于模型参数是根据每个冻融暴露水平的数据分别确定的，这些准确性指标反映了参数校准和响应重建的情况，而不是对未测试暴露状态的独立预测。冻融作用导致初始静态弹性模量的退化程度远大于峰值应力的降低，这说明刚度、强度、峰值应变和包络线形状应被视为不同层次的状态变量。循环卸载过程中的刚度表现出峰值前的增强和峰值后的退化，这证实了分别表示压实和力学损伤的必要性。所提出的模型提供了一种统一的方法，用于描述冻融损伤混凝土的单调包络线、残余变形和主要循环迟滞特性。