鋼筋混凝土塑性理論前言在現(xiàn)有的鋼筋混凝土結構分析有限元計算程序中，混凝土的力學性能建模問題一直是結構混凝土工程領域中*艱巨的挑戰(zhàn)之一。目前，對短期加載下鋼筋混凝土的分析基本上是一維的，一般采用兩個參數(shù)：混凝土的彈性模量和混凝土的抗壓強度。人們通過對大量的雙軸加載試驗數(shù)據(jù)進行曲線擬合，建立了多種經驗公式。其中較為著名的是由康奈爾大學的Liu、Nilson和Slate提出的經驗公式。由于其形式簡單，基于廣泛的數(shù)據(jù)庫，建立了關于混凝土彈性模量和各種混凝土強度、應變特性之間的相關性，使等效一維方法極具吸引力。眾所周知，該模型主要適用于雙軸應力的平面結構，如梁、板和薄殼。目前，多維分析通常假定混凝土為增量彈性或分段彈性。因此，在整個過程中，必須定義泊松比。然而，在增量Hooke定律的框架中，由于可變模量是*大應力的函數(shù)，該方法不能準確地描述混凝土材料的三維應力�矐�變性能。*近，對于在靜態(tài)和動態(tài)荷載作用下混凝土結構的研究已經基于塑性和彈性原理來建立三維應力�矐�變關系。盡管學者們近年來在這一領域進行了大量的工作，但尚未建立統(tǒng)一處理混凝土的數(shù)學模型及其在鋼筋混凝土結構中的應用方法。本書的目的就是介紹鋼筋混凝土結構分析中常用的混凝土數(shù)學模型的統(tǒng)一處理方法。本書第1章至第5章綜合評述了以往鋼筋混凝土分析實踐中常用的混凝土本構方程及破壞準則的實用性和局限性，并提出了改進這些本構關系的理念和建議。在對部分實驗數(shù)據(jù)進行綜合討論后，詳細闡述了三種基本模型以及破壞準則：①單軸和等效單軸模型(第2章)；②線彈性和脆性斷裂模型(第3章)；③非線性彈性和可變模量模型(第4章)；④混凝土的破壞準則(第5章)。本書第6章至第9章詳細講解了經典塑性理論在鋼筋混凝土領域中的應用。塑性理論在鋼筋混凝土中的應用已經發(fā)展了大約15年，大部分的研究和應用都集中在理想塑性理論上，其中板屈服線分析是*早的應用之一。近年來，研究人員一直試圖通過剛塑性分析，確定不同橫截面形狀的墻和梁在彎曲、剪切和扭轉的共同作用下的強度，并建立一個統(tǒng)一的方法。隨著混凝土本構模型的發(fā)展，以及有限元在鋼筋混凝土中應用的推進，建立了加工強化塑性理論。第6章至第9章綜合評述了素混凝土力學性能的塑性模型及其在鋼筋混凝土結構中的應用。其中包括：①理想彈塑性和斷裂模型(第6章)；②素混凝土和鋼筋混凝土結構極限分析(第7章)；③彈性�矎娀��菜苄詳嗔涯Ｐ�(第8章)；④混凝土和鋼筋混凝土結構的有限元分析(第9章)。每一章節(jié)都包含應用本章所討論的本構模型的典型實例，此外還討論了理論計算值與實驗室或現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)之間的相關性。第9章則對不同本構模型下的混凝土和鋼筋混凝土結構進行了比較性研究。學習本書的學生應具備理論力學、材料力學、數(shù)學和材料性能的基礎知識，以及對鋼筋混凝土基礎力學的理解。工程師及其他專業(yè)人員可以通過使用本書來加深對鋼筋混凝土結構分析的理解，從而對設計中使用的各種混凝土本構模型的適用范圍以及局限性有更清晰的認識(特別是在有限元分析中的應用)�？蒲腥藛T可在本書中找到可靠的信息來源和參考文獻。此外，基于經典塑性理論的一組三維本構方程為進一步的發(fā)展提供了總體框架。盡管本書根據(jù)現(xiàn)有的實驗數(shù)據(jù)做了許多工作，但隨著實驗數(shù)據(jù)更新，未來還須對其進行修正和改進。本書在此指出了發(fā)展和改進的方向。本書基于一篇發(fā)表于國際橋梁和結構工程學會主辦的鋼筋混凝土塑性理論學術研討會的學術論文《混凝土本構方程》(哥本哈根，1979)整合形成。撰寫這篇論文啟發(fā)了我，我嘗試將它轉化為更有用的教科書，為結構工程專業(yè)的低年級研究生和那些需要將這些數(shù)學模型和分析工具應用于工程項目中的結構工程師提供參考。為了科研人員的方便，本書特地列出參考文獻以方便其查閱。本書涉及材料的數(shù)學模型和結構的有限元模型，可以作為各類結構工程專業(yè)非線性分析課程的教材�；�于塑性力學的教學經驗，學習這門課的學生們一般具有多方面的經驗知識，為此，我盡可能少地設定前提條件。我在本書中已經努力回顧所要求的基本概念，并不強制要求學生具備線彈性理論和有限元方法的背景知識。我的目標是吸引具有足夠鋼筋混凝土知識及正處于結構非彈性性能初級學習階段的一年級研究生，以及已經完成結構工程基礎課程的執(zhí)業(yè)工程師。在理海大學和普渡大學的教學生涯中，我對鋼筋混凝土結構本構建模以及有限元分析做過大量的研究。本書包含了以技術報告形式首次發(fā)表的大量研究成果，這些成果都是根據(jù)與此主題相關的各個研究項目的階段性研究成果而編寫的。贊助這項研究的部門包括美國能源部(海洋熱能轉換項目)、海軍營建中心(海軍土木工程實驗室)、美國國家科學基金會(地震工程項目)和普渡大學(David Ross基金)。我的很多學生在這些項目中的研究成果使我受益匪淺，在此感謝A.C.T.Chen、H.Suzuki、Messrs.S.S.Hsieh、E.Mizuno和A.F.Saleeb.博士。Hsieh和Saleeb讀完了整本手稿，提出了很多寶貴建議。本書的創(chuàng)作還深受我曾經參與編寫的一篇美國土木工程師協(xié)會(ASCE)關于鋼筋混凝土結構有限元分析的調查報告的影響。該報告于1977年5月由加利福尼亞大學A.C.Scordelis教授發(fā)起，康奈爾大學A.H.Nilson教授主持。在準備這份專家委員會調查報告的過程中，對本構關系和破壞理論相關章節(jié)的信息交流對本書有重大幫助。在此，特別感謝西北大學的Z.P.Bazant教授、伊利諾伊大學的W.C.Schnobrich教授、堪薩斯大學的D.Darwin教授、麻省理工學院的O.Buyukozturk教授、斯圖加特大學的K.J.Wiliam博士。我還要感謝普渡大學的E.C.Ting教授和Darwin教授，他們閱讀了手稿的部分內容并提出了寶貴建議。*后，衷心地感謝我的妻子Lily，在這本書的創(chuàng)作期間，她給予了我足夠的耐心和理解。同時，我也要感謝我的兒子Eric、Arnold和Brian，我因創(chuàng)作這本書而無法在周末和假期陪伴他們。感謝親人對我的理解！陳惠發(fā)