鋼筋混凝土塑性理論前言在現(xiàn)有的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)分析有限元計(jì)算程序中，混凝土的力學(xué)性能建模問題一直是結(jié)構(gòu)混凝土工程領(lǐng)域中*艱巨的挑戰(zhàn)之一。目前，對(duì)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(gè)參數(shù)：混凝土的彈性模量和混凝土的抗壓強(qiáng)度。人們通過對(duì)大量的雙軸加載試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，建立了多種經(jīng)驗(yàn)公式。其中較為著名的是由康奈爾大學(xué)的Liu、Nilson和Slate提出的經(jīng)驗(yàn)公式。由于其形式簡(jiǎn)單，基于廣泛的數(shù)據(jù)庫(kù)，建立了關(guān)于混凝土彈性模量和各種混凝土強(qiáng)度、應(yīng)變特性之間的相關(guān)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(yīng)力的平面結(jié)構(gòu)，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(gè)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(yīng)力的函數(shù)，該方法不能準(zhǔn)確地描述混凝土材料的三維應(yīng)力�矐�(yīng)變性能。*近，對(duì)于在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)荷載作用下混凝土結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)基于塑性和彈性原理來建立三維應(yīng)力�矐�(yīng)變關(guān)系。盡管學(xué)者們近年來在這一領(lǐng)域進(jìn)行了大量的工作，但尚未建立統(tǒng)一處理混凝土的數(shù)學(xué)模型及其在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用方法。本書的目的就是介紹鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)分析中常用的混凝土數(shù)學(xué)模型的統(tǒng)一處理方法。本書第1章至第5章綜合評(píng)述了以往鋼筋混凝土分析實(shí)踐中常用的混凝土本構(gòu)方程及破壞準(zhǔn)則的實(shí)用性和局限性，并提出了改進(jìn)這些本構(gòu)關(guān)系的理念和建議。在對(duì)部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合討論后，詳細(xì)闡述了三種基本模型以及破壞準(zhǔn)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(zhǔn)則(第5章)。本書第6章至第9章詳細(xì)講解了經(jīng)典塑性理論在鋼筋混凝土領(lǐng)域中的應(yīng)用。塑性理論在鋼筋混凝土中的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展了大約15年，大部分的研究和應(yīng)用都集中在理想塑性理論上，其中板屈服線分析是*早的應(yīng)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(zhuǎn)的共同作用下的強(qiáng)度，并建立一個(gè)統(tǒng)一的方法。隨著混凝土本構(gòu)模型的發(fā)展，以及有限元在鋼筋混凝土中應(yīng)用的推進(jìn)，建立了加工強(qiáng)化塑性理論。第6章至第9章綜合評(píng)述了素混凝土力學(xué)性能的塑性模型及其在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)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(jié)構(gòu)極限分析(第7章)；③彈性�矎�(qiáng)化�菜苄詳嗔涯Ｐ�(第8章)；④混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的有限元分析(第9章)。每一章節(jié)都包含應(yīng)用本章所討論的本構(gòu)模型的典型實(shí)例，此外還討論了理論計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性。第9章則對(duì)不同本構(gòu)模型下的混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較性研究。學(xué)習(xí)本書的學(xué)生應(yīng)具備理論力學(xué)、材料力學(xué)、數(shù)學(xué)和材料性能的基礎(chǔ)知識(shí)，以及對(duì)鋼筋混凝土基礎(chǔ)力學(xué)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(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)分析的理解，從而對(duì)設(shè)計(jì)中使用的各種混凝土本構(gòu)模型的適用范圍以及局限性有更清晰的認(rèn)識(shí)(特別是在有限元分析中的應(yīng)用)。科研人員可在本書中找到可靠的信息來源和參考文獻(xiàn)。此外，基于經(jīng)典塑性理論的一組三維本構(gòu)方程為進(jìn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做了許多工作，但隨著實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更新，未來還須對(duì)其進(jìn)行修正和改進(jìn)。本書在此指出了發(fā)展和改進(jìn)的方向。本書基于一篇發(fā)表于國(guó)際橋梁和結(jié)構(gòu)工程學(xué)會(huì)主辦的鋼筋混凝土塑性理論學(xué)術(shù)研討會(huì)的學(xué)術(shù)論文《混凝土本構(gòu)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(zhuǎn)化為更有用的教科書，為結(jié)構(gòu)工程專業(yè)的低年級(jí)研究生和那些需要將這些數(shù)學(xué)模型和分析工具應(yīng)用于工程項(xiàng)目中的結(jié)構(gòu)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(xiàn)以方便其查閱。本書涉及材料的數(shù)學(xué)模型和結(jié)構(gòu)的有限元模型，可以作為各類結(jié)構(gòu)工程專業(yè)非線性分析課程的教材。基于塑性力學(xué)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)這門課的學(xué)生們一般具有多方面的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，為此，我盡可能少地設(shè)定前提條件。我在本書中已經(jīng)努力回顧所要求的基本概念，并不強(qiáng)制要求學(xué)生具備線彈性理論和有限元方法的背景知識(shí)。我的目標(biāo)是吸引具有足夠鋼筋混凝土知識(shí)及正處于結(jié)構(gòu)非彈性性能初級(jí)學(xué)習(xí)階段的一年級(jí)研究生，以及已經(jīng)完成結(jié)構(gòu)工程基礎(chǔ)課程的執(zhí)業(yè)工程師。在理海大學(xué)和普渡大學(xué)的教學(xué)生涯中，我對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本構(gòu)建模以及有限元分析做過大量的研究。本書包含了以技術(shù)報(bào)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(guān)的各個(gè)研究項(xiàng)目的階段性研究成果而編寫的。贊助這項(xiàng)研究的部門包括美國(guó)能源部(海洋熱能轉(zhuǎn)換項(xiàng)目)、海軍營(yíng)建中心(海軍土木工程實(shí)驗(yàn)室)、美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(地震工程項(xiàng)目)和普渡大學(xué)(David Ross基金)。我的很多學(xué)生在這些項(xiàng)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(jīng)參與編寫的一篇美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)(ASCE)關(guān)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有限元分析的調(diào)查報(bào)告的影響。該報(bào)告于1977年5月由加利福尼亞大學(xué)A.C.Scordelis教授發(fā)起，康奈爾大學(xué)A.H.Nilson教授主持。在準(zhǔn)備這份專家委員會(huì)調(diào)查報(bào)告的過程中，對(duì)本構(gòu)關(guān)系和破壞理論相關(guān)章節(jié)的信息交流對(duì)本書有重大幫助。在此，特別感謝西北大學(xué)的Z.P.Bazant教授、伊利諾伊大學(xué)的W.C.Schnobrich教授、堪薩斯大學(xué)的D.Darwin教授、麻省理工學(xué)院的O.Buyukozturk教授、斯圖加特大學(xué)的K.J.Wiliam博士。我還要感謝普渡大學(xué)的E.C.Ting教授和Darwin教授，他們閱讀了手稿的部分內(nèi)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(shí)，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(duì)我的理解！陳惠發(fā)