混凝土開裂的Kriging無網(wǎng)格模擬.pdf

1、混凝土結構在建設和使用過程中會出現(xiàn)各種不同程度、不同形式的裂縫?？茖W研究和工程實踐表明，結構物的裂縫是不可避免的，而結構的破壞和倒塌都是從裂縫開始的。因此，研究混凝土結構開裂過程，對提高巖土工程設計水平，正確評價地下工程安全性能，等均具有重要的意義和實用價值。 數(shù)值方法是研究混凝土材料開裂到失穩(wěn)破壞過程的重要手段?；谠囼炋岢龅母黝惢炷帘緲嬯P系在宏觀上較好的反映了材料性質(zhì)，將這些本構關系與數(shù)值方法相結合，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用。 鑒于有限元模擬開裂問題中所遇到的困難，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)點布置、形函數(shù)的高階連續(xù)等特

3、點，使得其適合于有限元難以處理的斷裂、大變形等分析中。通過將無網(wǎng)格方法與混凝土本構模型相結合，充分利用無網(wǎng)格方法的優(yōu)點，將為混凝土結構的破壞分析提供一個全新的途徑。 本文首先引入一種新的無網(wǎng)格方法-Kriging插值無網(wǎng)格方法，并將這種方法應用于混凝土開裂分析中，建立了基于Kriging插值無網(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構的安全性評估中。本文主要開展以下工作： (1)回顧了當前混凝土結構破壞研究中

4、所存在的問題及其最新研究進展，敘述了無網(wǎng)格方法的國內(nèi)外研究歷史及現(xiàn)狀，并總結了當前帶裂地下混凝土結構的安全性評估研究進展。 (2)詳細的論述了Kriging插值無網(wǎng)格方法的基本理論，對該方法與有限單元法、傳統(tǒng)的Galerkin無網(wǎng)格方法進行比較，指出這三種方法的異同以及Kriging插值方法的優(yōu)點，在同濟曙光數(shù)值平臺基礎上編制Kriging插值無網(wǎng)格方法的相關程序，并通過算例對該方法的可行性、高效性和所編制程序的正確性進行了驗證

5、。 (3)詳細闡述斷裂過程區(qū)的存在對一般混凝土構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。通過引入Mazars損傷本構關系模擬裂縫尖端斷裂過程區(qū)，提出了基于Kriging插值無網(wǎng)格方法的組合裂縫模型；并對裂縫邊界處理、斷裂準則的選用、裂縫的擴展步長、宏觀裂縫的生成和擴展過程進行了詳細的闡述；編制了Mazars損傷本構模型程序和裂縫生成、擴展程序，通過計算結果與試驗結果的對比。 (4)總結了當前帶裂地下混凝土結構安