高等混凝土结构是成都理工大学土木工程、建筑与土木工程等专业博士研究生招生考试的核心专业科目,其真题聚焦混凝土本构关系等核心理论,对考生的结构工程学术素养具有关键考查意义。考生可通过以下权威渠道获取该校全学科考博真题(含高等混凝土结构、各专业课等)及配套高分答案详解,为备考提供精准资源支撑:
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1. (20 分) 混凝土本构关系一般采用经验物理模型或理论物理模型加以反映。
(1)请阐述两种模型的主要区别和在混凝土本构关系中的应用;
(2)列举一个经典单轴受压本构模型(例如:过镇海模型、Sargin 模型、Hogenestad 模型),画出其本构模型曲线,对特征点进行标注,说明曲线数学特性和主要参数物理意义,并评价本构模型的特点和适用范围。
考点定位:本题考查混凝土本构关系的模型分类及经典单轴受压本构模型,是高等混凝土结构学科的基础性重点考点。
- 主要区别:
- 经验物理模型:基于试验数据拟合得到,无明确的力学理论推导,侧重曲线的 “拟合精度”;
- 理论物理模型:基于材料力学机理(如损伤、塑性理论)建立,有明确的物理意义,侧重 “力学本质” 的反映。
- 在混凝土本构关系中的应用:
经验物理模型(如 Hogenestad 模型)常用于工程设计中的简化计算,易操作但适用范围有限;
理论物理模型(如损伤本构模型)常用于科研或复杂结构分析,能反映混凝土受力的内部机制,但参数较多、计算复杂。
-
本构曲线及特征点:
曲线呈 “上升段 + 下降段”:
- 上升段:从原点(0,0)到峰值点(\(\varepsilon_0\),\(f_c\)),\(\varepsilon_0\)为峰值应变(约 0.002),\(f_c\)为轴心抗压强度;
- 下降段:从峰值点到残余强度点(\(\varepsilon_u\),\(f_{cr}\)),\(\varepsilon_u\)为极限应变(约 0.0038),\(f_{cr}\)为残余强度(约 0.2\(f_c\))。
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数学特性与参数物理意义:
数学表达式为:
\(\sigma = f_c \left[ 2\frac{\varepsilon}{\varepsilon_0} - \left( \frac{\varepsilon}{\varepsilon_0} \right)^2 \right] \quad (\varepsilon \leq \varepsilon_0)\)
\(\sigma = f_c \left[ 1 - 0.15\frac{\varepsilon - \varepsilon_0}{\varepsilon_u - \varepsilon_0} \right] \quad (\varepsilon_0 < \varepsilon \leq \varepsilon_u)\)
- 参数\(\varepsilon_0\):混凝土达到峰值强度时的应变,反映材料的变形能力;
- 参数\(f_c\):混凝土轴心抗压强度,反映材料的承载能力;
- 参数\(\varepsilon_u\):混凝土的极限应变,反映材料的延性。
-
模型特点及适用范围:
- 特点:形式简单、参数易获取,上升段为二次抛物线,下降段为线性衰减,贴合常规混凝土的单轴受压试验曲线;
- 适用范围:适用于普通强度混凝土(C20-C50)的单轴受压分析,工程设计及初步科研计算中应用广泛,但对高强混凝土或复杂受力状态的适应性较差。
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建议考生结合真题及答案详解系统备考,重点掌握 “混凝土本构模型的分类逻辑”“经典模型的数学表达与物理意义”“模型的工程适用场景” 三大能力,同时关注本学科前沿研究(如高强混凝土本构模型、多轴受力本构理论等),提升学术表达与结构工程科研能力,预祝各位考生考博成功!