活性粉末混凝土在复杂应力状态下的强度与本构关系研究

活性粉末混凝土(简称RPC)是一种具有超高强度、高耐久性的新型结构材料。若将其合理地应用于高层建筑、桥梁、海洋及地下等工程结构中，不仅可适应现代结构向高层和大跨度发展的需要；还能显著提高构件的耐久性，带来巨大的长期经济效益。但应用必须首先对RPC在这些结构中复杂应力状态下的性能有深入的了解。本课题在现有的单轴拉压力学性能研究结论基础上，开展系统的RPC二轴和三轴受力试验，通过改变应力状态、加载路径、纤维含量等条件，研究多种因素对RPC多轴强度和变形性能的影响；以试验结果结合理论分析建立RPC的多轴破坏准则，确定准则中的参数；从RPC材料的基本损伤机制出发，基于连续损伤力学和弹塑性理论，系统地建立复杂应力状态下的RPC弹塑性-损伤本构模型；通过构件试验和数值模拟验证模型的实用性。本研究为复杂应力状态下RPC结构的设计和非线性分析提供必须的材料本构关系和破坏准则，为相关设计规范的制定提供依据。

本研究作为活性粉末混凝土材料在工程结构中的应用基础，对活性粉末混凝土在单轴、二轴和三轴受力状态下的力学性能进行了大量的试验研究和理论分析，获得了活性粉末混凝土在多种复杂应力状态下的强度和变形特征，建立了活性粉末混凝土的多轴破坏准则和本构关系。首先，本研究分析了活性粉末混凝土微结构对力学性能的影响，得到了适合桥梁工程、海洋工程等恶劣环境使用的活性粉末混凝土优化配合比；然后，据此配合比，在对普通混凝土、普通纤维混凝土的多轴力学性能进行全面总结的基础上，设计了针对活性粉末混凝土的全面的单轴、二轴和三轴力学性能试验；根据单轴试验，获得了活性粉末混凝土的单轴拉压性能；根据24个试件的二轴试验，获得了活性粉末混凝土在二轴压-压和二轴拉-压受力下的强度、变形性能和应力-应变曲线，建立了实用的二轴破坏准则；根据40个试件的三轴试验，获得了多种不同应力比下活性粉末混凝土的强度特征、破坏形态、应力-应变关系。对试验结果进行全面总结和分析，建立了活性粉末混凝土的多轴破坏准则和本构关系。最后，将活性粉末混凝土的破坏准则用于桥梁结构中进行了计算分析，结果表明，考虑活性粉末混凝土多轴受力后的结构设计可以更安全、更经济。