基于损伤塑性模型的超高性能混凝土数值模拟

和镓远

（同济大学， 上海 200092 ）

1 研究背景及意义

超高性能混凝土（UHPC，Ultra-High Performance Concrete），又称活性粉末混凝土（RPC，Reactive Powder Concrete），因其极高的密实度而性能优异。为了高效精确地研究UHPC 力学性能，国内外已针对其数值模拟方法开展了相关研究。Bahij 等[1]研究了UHPC 梁抗剪性能的数值模拟方法，精度较高。管品武等[2]对不同UHPC 本构模型进行总结，并验证了高强钢筋UHPC 梁有限元模型的合理性。张燎军等[3]建立UHPC 简支梁的损伤塑性模型，并尝试将模拟方法应用于重力坝设计中。

目前ABAQUS 的混凝土损伤塑性模型（CDP，Concrete Damaged Plasticity）较多用于普通混凝土结构分析，模拟UHPC 材料较少。本文依据Yu Jiangjiang[4]等的试验数据，基于ABAQUS 建立UHPC 立方体受压损伤塑性模型，并与文献中的试验结果对比，验证分析方法的合理性，为UHPC 的非线性有限元分析提供参考。

2 混凝土损伤塑性模型

文献[4]针对“FA-2”和“CA-1.5”两种配比UHPC，进行了立方体抗压、狗骨试件单轴抗拉等试验，本文现使用ABAQUS 建立CDP 模型，对UHPC立方体试件进行数值模拟。

2.1 UHPC 单轴受压本构模型

UHPC 单轴受压应力-应变曲线采用吴有明[5]定义的本构模型，见式（1）。

曲线上升段参数A 以及其他相关参数参考郭晓宇等[6]归纳的拟合公式确定：首先将试验实测的UHPC 立方体抗压强度 fcu，由式（2）换算得到棱柱体抗压强度 fc，再由式（3）～式（5）计算得到混凝土峰值压应变εco、弹性模量E 和参数A。曲线下降段参数经试算取α =4，UHPC 模型相关参数见表 1。此外，模型中UHPC 密度取值2.5×103kg/m3，泊松比取值0.2。

2.2 UHPC 单轴受拉本构模型

模型中UHPC 单轴受拉应力-应变曲线上升段近似为线性直线，考虑文献[4]中试件拉伸时无应变硬化现象，所以下降段采用江见鲸[7]提出的指数曲线模型，见式（6）。……