混凝土結(jié)構(gòu)力流傳遞與裂縫擴(kuò)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(shí)際需要，在整個(gè)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(jìn)行建模或分析的過程。在土木工程領(lǐng)域，多尺度問題按照分析角度可分為結(jié)構(gòu)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(gòu)形（屬于結(jié)構(gòu)多尺度范疇）與混凝土結(jié)構(gòu)裂縫擴(kuò)展（屬于材料多尺度范疇）作為兩個(gè)應(yīng)用研究點(diǎn)，通過理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬以及模型試驗(yàn)等方式，展示了多尺度分析方法在解決工程領(lǐng)域相關(guān)問題上的優(yōu)越性，

2、同時(shí)將兩個(gè)研究點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，以共同指導(dǎo)混凝土結(jié)構(gòu)力流紊亂區(qū)的配筋設(shè)計(jì)。主要研究工作包括:
　　(1)基于漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論，編制了結(jié)構(gòu)雙向拓?fù)鋬?yōu)化算法，用于尋找結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化構(gòu)形，進(jìn)而確定結(jié)構(gòu)的拉壓桿模型。針對(duì)傳統(tǒng)有限元建模和優(yōu)化方法無(wú)法確定某些結(jié)構(gòu)拉壓桿模型的情況，進(jìn)一步提出了基于多尺度分析的分區(qū)漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法。在此基礎(chǔ)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(nèi)的結(jié)構(gòu)力流傳遞規(guī)律及相應(yīng)的拉

3、壓桿模型構(gòu)形。
　　(2)基于蒙特卡羅隨機(jī)理論和混凝土材料的非均質(zhì)特性，編制了細(xì)觀層次混凝土結(jié)構(gòu)的三相（水泥砂漿、骨料、界面過渡區(qū)）復(fù)合材料模型生成算法。引入Weibull分布函數(shù)對(duì)混凝土各相材料的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行描述，并對(duì)傳統(tǒng)Weibull分布模型在表達(dá)力學(xué)參數(shù)分布上的不足進(jìn)行了改進(jìn)。在裂縫擴(kuò)展數(shù)值模擬方面，提出一種利用無(wú)質(zhì)量桿單元模擬裂縫擴(kuò)展路徑的實(shí)用新方法。在此基礎(chǔ)上分別按剛度折減法與桿單元模擬裂縫法開發(fā)了細(xì)觀尺度混凝土結(jié)構(gòu)裂縫

4、擴(kuò)展模擬程序。
　　(3)以馬鞍山長(zhǎng)江大橋混凝土質(zhì)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(jié)構(gòu)的裂縫擴(kuò)展試驗(yàn)。在直接加載作用下混凝土結(jié)構(gòu)裂縫擴(kuò)展程序的基礎(chǔ)上，提出了溫濕度耦合作用下混凝土早期裂縫擴(kuò)展仿真的一整套方法，并利用其對(duì)試驗(yàn)過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，將仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比討論。
　　(4)通過混凝土結(jié)構(gòu)拉壓桿模型思想與裂縫擴(kuò)展之間的內(nèi)在聯(lián)系，發(fā)展并改進(jìn)了基于拉壓桿模型的混凝土結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)方法。