混凝土結構力流傳遞與裂縫擴展的多尺度分析方法.pdf

1、多尺度分析是指根據(jù)問題的實際需要，在整個模型的不同部位采用不同尺度（如不同幾何尺寸、不同單元類型）的單元、算法等進行建?；蚍治龅倪^程。在土木工程領域，多尺度問題按照分析角度可分為結構多尺度與材料多尺度。本文以多尺度思想方法為主線，將基于力流傳遞的拉壓桿模型構形（屬于結構多尺度范疇）與混凝土結構裂縫擴展（屬于材料多尺度范疇）作為兩個應用研究點，通過理論推導、數(shù)值模擬以及模型試驗等方式，展示了多尺度分析方法在解決工程領域相關問題上的優(yōu)越性，

2、同時將兩個研究點進行有機結合，以共同指導混凝土結構力流紊亂區(qū)的配筋設計。主要研究工作包括:
　　(1)基于漸進結構優(yōu)化理論，編制了結構雙向拓撲優(yōu)化算法，用于尋找結構的最優(yōu)化構形，進而確定結構的拉壓桿模型。針對傳統(tǒng)有限元建模和優(yōu)化方法無法確定某些結構拉壓桿模型的情況，進一步提出了基于多尺度分析的分區(qū)漸進結構優(yōu)化算法。在此基礎上研究了包括薄板錨固區(qū)、三角形與矩形齒塊錨固區(qū)（二維）與T形梁、箱梁（三維）等在內的結構力流傳遞規(guī)律及相應的拉

3、壓桿模型構形。
　　(2)基于蒙特卡羅隨機理論和混凝土材料的非均質特性，編制了細觀層次混凝土結構的三相（水泥砂漿、骨料、界面過渡區(qū)）復合材料模型生成算法。引入Weibull分布函數(shù)對混凝土各相材料的力學參數(shù)進行描述，并對傳統(tǒng)Weibull分布模型在表達力學參數(shù)分布上的不足進行了改進。在裂縫擴展數(shù)值模擬方面，提出一種利用無質量桿單元模擬裂縫擴展路徑的實用新方法。在此基礎上分別按剛度折減法與桿單元模擬裂縫法開發(fā)了細觀尺度混凝土結構裂縫

4、擴展模擬程序。
　　(3)以馬鞍山長江大橋混凝土質量控制課題為依托，分別開展了溫濕度耦合作用和直接荷載作用下混凝土結構的裂縫擴展試驗。在直接加載作用下混凝土結構裂縫擴展程序的基礎上，提出了溫濕度耦合作用下混凝土早期裂縫擴展仿真的一整套方法，并利用其對試驗過程進行了數(shù)值模擬，將仿真結果與試驗結果進行了對比討論。
　　(4)通過混凝土結構拉壓桿模型思想與裂縫擴展之間的內在聯(lián)系，發(fā)展并改進了基于拉壓桿模型的混凝土結構配筋設計方法。