混凝土開裂的Kriging無(wú)網(wǎng)格模擬.pdf

1、混凝土結(jié)構(gòu)在建設(shè)和使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種不同程度、不同形式的裂縫?？茖W(xué)研究和工程實(shí)踐表明，結(jié)構(gòu)物的裂縫是不可避免的，而結(jié)構(gòu)的破壞和倒塌都是從裂縫開始的。因此，研究混凝土結(jié)構(gòu)開裂過(guò)程，對(duì)提高巖土工程設(shè)計(jì)水平，正確評(píng)價(jià)地下工程安全性能，等均具有重要的意義和實(shí)用價(jià)值。 數(shù)值方法是研究混凝土材料開裂到失穩(wěn)破壞過(guò)程的重要手段?；谠囼?yàn)提出的各類混凝土本構(gòu)關(guān)系在宏觀上較好的反映了材料性質(zhì)，將這些本構(gòu)關(guān)系與數(shù)值方法相結(jié)合，可以在一定程度上反映混

2、凝土開裂特性并且能夠直接應(yīng)用到工程中。人們基于有限元方法提出各種混凝土裂縫模型的努力已充分證明了其可行性，然而這些模型大多基于有限元方法，由于有限元在分析混凝土開裂時(shí)存在開裂方向難以確定、網(wǎng)格重剖分、單元敏感性等諸多困難，很大程度上限制了這些研究成果的應(yīng)用。 鑒于有限元模擬開裂問(wèn)題中所遇到的困難，人們轉(zhuǎn)而訴求各種新的數(shù)值方法。無(wú)網(wǎng)格方法正是這樣一種新型的數(shù)值方法，由于這種方法只需域邊界條件和求解域內(nèi)節(jié)點(diǎn)布置、形函數(shù)的高階連續(xù)等特

3、點(diǎn)，使得其適合于有限元難以處理的斷裂、大變形等分析中。通過(guò)將無(wú)網(wǎng)格方法與混凝土本構(gòu)模型相結(jié)合，充分利用無(wú)網(wǎng)格方法的優(yōu)點(diǎn)，將為混凝土結(jié)構(gòu)的破壞分析提供一個(gè)全新的途徑。 本文首先引入一種新的無(wú)網(wǎng)格方法-Kriging插值無(wú)網(wǎng)格方法，并將這種方法應(yīng)用于混凝土開裂分析中，建立了基于Kriging插值無(wú)網(wǎng)格法的組合裂縫模型，并將該模型用于帶裂地下混凝土結(jié)構(gòu)的安全性評(píng)估中。本文主要開展以下工作： (1)回顧了當(dāng)前混凝土結(jié)構(gòu)破壞研究中

4、所存在的問(wèn)題及其最新研究進(jìn)展，敘述了無(wú)網(wǎng)格方法的國(guó)內(nèi)外研究歷史及現(xiàn)狀，并總結(jié)了當(dāng)前帶裂地下混凝土結(jié)構(gòu)的安全性評(píng)估研究進(jìn)展。 (2)詳細(xì)的論述了Kriging插值無(wú)網(wǎng)格方法的基本理論，對(duì)該方法與有限單元法、傳統(tǒng)的Galerkin無(wú)網(wǎng)格方法進(jìn)行比較，指出這三種方法的異同以及Kriging插值方法的優(yōu)點(diǎn)，在同濟(jì)曙光數(shù)值平臺(tái)基礎(chǔ)上編制Kriging插值無(wú)網(wǎng)格方法的相關(guān)程序，并通過(guò)算例對(duì)該方法的可行性、高效性和所編制程序的正確性進(jìn)行了驗(yàn)證

5、。 (3)詳細(xì)闡述斷裂過(guò)程區(qū)的存在對(duì)一般混凝土構(gòu)件開裂破壞的重要影響，指出了有限元模擬混凝土開裂的局限性。通過(guò)引入Mazars損傷本構(gòu)關(guān)系模擬裂縫尖端斷裂過(guò)程區(qū)，提出了基于Kriging插值無(wú)網(wǎng)格方法的組合裂縫模型；并對(duì)裂縫邊界處理、斷裂準(zhǔn)則的選用、裂縫的擴(kuò)展步長(zhǎng)、宏觀裂縫的生成和擴(kuò)展過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的闡述；編制了Mazars損傷本構(gòu)模型程序和裂縫生成、擴(kuò)展程序，通過(guò)計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比。 (4)總結(jié)了當(dāng)前帶裂地下混凝土結(jié)構(gòu)安