混凝土彈塑性-破壞力學模式

Abstract

本研究之目的在建立一個能有效適切地描述混凝土材料在單調荷重(monotonic load- ing)作用下之力學行為的組合模式(Constitutive model)。近年來由於塑性理論被廣 泛地應用於混凝土材料組合模式當中，且獲致良好的結果，是以本研究以塑性理論為 基礎，提出一彈塑性力學模式，藉以模擬混凝土材料的真實力學行為。本組合模式包 含Chen-Chen 三參數破壞準則, Drucker-Prager二參數破壞準則, 非均勻硬化準則, 非協合塑流法則及破壞後(post-failure)行為模式。此外，經由塑性模數修正係數M (σm) 及膨脹係數αd 的建立, 本模式具有模擬混凝土hydrostatic pressure sens- itive 特性及壓應力下的膨脹(dilatancy) 現象的能力。為了解非協合塑流法則進行 研究以比較其差異。本研究採用Kupfer et al. 1969及美國air Force Weaponせs L- aboratory (AFWL)1983兩組試驗資料與模式進行驗證比較。其中由與Kupfer資料比較 結果發現，在雙軸壓力作用下，無論協合或非協合塑流法則，模式均可良好地模擬出 混凝土材料的應力－應變行為，但在雙軸張力－壓力作用下，協合塑流法則則無法良 好地反應出正確的行為反應；反之，非協合塑流法則仍可得到良好的結果。另外在雙 軸張力作用下，由於模式假設在此應力狀態下混凝土為彈性行為，因此模式預測值與 試驗資料比較的結果相當良好。此外，經由與AFWL資料比較結果亦可得知, 在雙軸壓 力作用下模式預測的正確性; 但在三軸壓力情形下, 模式所預測到的混凝土極限強度 則明顯地低於試驗值, 約為試驗值的78% 左右。本文最後並將此模式寫入非線性有限 元素程式之中，分別對混凝土圓柱試體抗壓試驗及混凝土抗張強度試驗進行模擬分析 ，以驗證程式執行的正確性，以便於混凝土結構物力學分析上提供一有效可行的工具 。