混凝土本构模型
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第
33
卷第
1
期
2012
年
2
月
华 北 水 利 水 电 学 院 学 报
Journal of North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power
Vol. 33 No. 1
Feb． 2012
收稿日期
：2011 － 10 － 30
基金项目
：
水利部公益性行业科研专项经费项目
（ 201201080） ．
作者简介
：
孟闻远
（ 1965—） ，
男
，
河南郾城人
，
教授
，
博士
，
主要从事数值计算新方法
、
结构动静态及稳定性分析等方面的研究
．
文章编号
：1002 － 5634（2012）01 － 0040 － 03
基于
ABAQUS
的钢筋混凝土结构本构模型对比分析
孟闻远
，
王俊锋
，
张 蕊
（
华北水利水电学院
，
河南 郑州
450011）
摘 要
：
阐述了钢筋混凝土的弹性和弹塑性损伤本构关系
，
采用
ABAQUS
软件对钢筋混凝土梁进行了弹性
、
弹塑性损伤分析
，
并对计算结果进行了对比研究
，
给出了
ABAQUS
软件中常用的混凝土弹性本构模型及弹塑
性损伤本构模型的应用要点
，
验证了模型的有效性和实用性
．
可为钢筋混凝土结构的进一步分析提供参考
．
关键词
：ABAQUS；
钢筋混凝土
；
弹性
；
弹塑性
；
损伤塑性
；
本构关系
钢筋混凝土结构由于充分利用了混凝土的抗压
性能和钢筋的受拉性能
，
在很多领域得到了广泛应
用
，
发挥着重要的作用
，
成为土木工程中应用最广的
一种结构
．
钢筋混凝土的有限元分析在分析方法
、
理
论基础和实验研究上都取得了很大进展
．
在混凝土
的本构关系上
，
各国学者已经提出了大量的模型
，
如
线弹性模型
、
非线性弹性理论
、
弹塑性理论
、
内时理
论
、
黏弹性和黏塑性理论以及断裂力学理论和损伤
理论等模型
［1］
．
但是
，
钢筋混凝土力学性能受很多
因素的影响
，
非常复杂
，
到现在还没有被完全掌握
，
一些关键的技术问题如混凝土的非线性分析还没有
解决
．
笔者应用
ABAQUS
软件中提供的弹性本构模
型
、
弹性损伤本构模型
，
对一根钢筋混凝土梁进行了
弹性模拟和塑性损伤模拟
，
并进行了对比分析
．
1
钢筋混凝土有限元模型
1． 1
弹性模型
早期的混凝土本构研究主要是弹性模型
，
在
ABAQUS
中提出了线弹性
、
多孔弹性
、
超弹性
、
橡胶
类超弹 性
、
泡 沫 超 弹 性
、
纤 维 材 料
、
粘 弹 性 等 模
型
［2］
．
其中线弹性模型是最简单的形式
，
它包含了
各向同性
、
正交各向异性和各向异性材料特性
，
但是
它也只在小变形
（
一般小于
5% ）
中有效
．
线弹性就
是应力应变在加载或卸载时呈线性关系
，
服从胡克
定律
．
线弹性模型的表达式为
σ
= D
el
ε
el
（ 1）
式中
：
σ 为总应力
； D
el
为
4
阶弹性张量
；
ε
el
为总弹性
应变
．
该模型是最简单的弹性本构模型
．
1． 2
弹塑性模型
弹塑性就是变形体材料在加载
、
卸载时会出现
两种变形形式
：
一种是可恢复的变形即弹性变形
；
另
一种是不可恢复的变形即塑性变形
．
其全过程可分
为不同的阶段
，
根据不同的情况可以分为不同的类
型
，
如理想弹塑性模型
、
线性强化弹塑性模型和刚塑
性模型等
．
在
ABAQUS
中提出的钢筋混凝土弹塑性
模型是利用传统的塑性理论
，
将应变率分量分解为
弹性应变率和非弹性应变率
，
其中包括弹性
、
屈服
、
流动以及硬化准则等部分
．
1． 2． 1
应变率表达式
应变率可分解为
：
d
ε
= d
ε
el
+ d
ε
pl
c
（ 2）
式中
： d
ε 为总应变率
； d
ε
el
为弹性应变率
； d
ε
pl
c
为塑
性应变率
；
当弹性应变很小时
，
方程可以改写为 ε
=
ε
el
+
ε
pl
c
．
1． 2． 2
压缩屈服
压缩面用方程
f
c
来表示
，
其表达式为
f
c
= q
槡
－ 3a
0
p
槡
－ 3
τ
c
= 0 （ 3）
式中
： p
为有效压应力
，p = －
1
3
trace
σ
； q
为
Mises
等
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