不同断裂模型在钢结构断裂破坏预测中的比较

黄学伟，赵 军

(郑州大学 力学与工程科学学院，河南 郑州 450001)

0引 言

断裂破坏是建筑钢结构的一种主要失效模式，由节点或构件断裂失效导致结构整体发生倒塌的事故近年来时有发生[1]。由于节点或构件断裂破坏具有危害性和复杂性，因此已成为国际上予以关注和研究的重点和难点课题。传统的断裂力学研究方法均假定裂纹已存在，且裂纹尖端存在高应变约束，因此其适用范围有限[2]。

基于微观机制的断裂模型从微观层面探索裂纹的萌生和扩展机理，该方法不受结构几何形状的影响，具有良好的适用性，这种方法是在对材料微观结构分析的基础上，研究引起断裂的关键力学参数以及这些参数对微观结构特性的影响。对于微观机制的延性断裂破坏模型，在Rice等[3]具有开创性研究的基础上，各国学者提出了许多描述微孔增长和损伤演化的模型以及发生延性破坏的准则，主要包含突然失效模型和细观损伤力学模型。突然失效模型对材料的延性断裂机理进行了描述，假设当微观力学变量(例如材料微孔洞增长率)达到临界值时，材料发生延性断裂；细观损伤模型反映了损伤对材料延性性能的影响。此外，连续损伤力学模型[4]作为损伤力学一个重要分支也经常用于材料的断裂预测中，该模型通过定义一个区别于塑性应变的损伤内变量来描述材料屈服面和刚度的退化。

目前围绕突然失效模型，国内外针对钢结构的断裂破坏开展了较多研究工作[5]，如十字形焊接节点的断裂破坏[6]和梁柱焊接节点的断裂破坏[7]等，但基于细观损伤力学和连续损伤力学模型预测钢结构断裂破坏的研究还不多。……