地盤工学における塑性設計法の再構築に関する研究

岩土工程塑性设计方法重构研究

基本信息

批准号：
15760360
负责人：
小林俊一
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、地盤工学分野の剛塑性設計法を対象に、そのあり方を力学的・数学的な観点から整理した。現状では、支持力、斜面安定、土圧問題は慣用解析法を用いて塑性安定性を評価し、安全率を満たす構造物を設計するのが基本である。しかし、慣用解析法では、大胆な割り切りや単純化によって解析が容易になった代償として、解の力学的な意味づけ、解の最適性や唯一性については曖昧なままである。本研究で目指した塑性設計法の再構築は、剛塑性解析法の特徴を活かした上で、力学的数理的に整合性のある解析法によって塑性安定性を評価する体系を明示することにあった。そのためには、材料挙動の大胆な剛塑性モデル化のもと、初期応力状態が不要、かつより少ない物性パラメータで塑性崩壊時の荷重係数を評価する解析法の構築が不可欠である。そこで、主双対内点法アルゴリズムに基づく高速かつ安定な解法として混合型剛塑性有限要素法を開発した。剛塑性解析法は、増分型の弾塑性解析法に対して、直接法と呼ばれる。これは、塑性崩壊状態の物理量を直接評価するためである。繰返し荷重を受ける線形弾性完全塑性体では、剛塑性解析法と同様の数理構造をもつシェイクダウン解析法が知られている。本研究では、混合型のシェイクダウン解析法についても、定式化と解析コードを開発し、その特性を調査した。さらに、繰返し荷重時に残留する永久変形量を評価するBounding techniqueについてもその数理構造を調査した。これら直接法による解析体系によっても、理論的には終局限界、シェイクダウン限界、残留変形量の推定を直接法だけで解析することが可能である。今後は、本研究で構築した理論的な枠組のもと、具体的な問題を解くためのツール作りとノウハウの結集が重要である。

在本研究中，我们从力学和数学的角度整理了岩土工程领域的硬塑性设计方法。目前，在处理承载力、边坡稳定性和土压力问题时，采用常规分析方法来评估塑性稳定性并设计满足安全系数的结构。然而，在传统的分析方法中，解的动力学意义以及解的最优性和唯一性仍然模糊，换来的是通过大胆的划分和简化来使分析变得更加容易。本研究的目的是利用硬塑性分析方法的特点重构塑性设计方法，并阐明使用力学和数学上一致的分析方法评估塑性稳定性的系统。为此，有必要开发一种分析方法，该方法不需要初始应力状态，并基于材料行为的大胆刚塑性建模，使用较少的物理参数来评估塑性塌陷期间的载荷系数。因此，我们开发了一种基于原始-对偶内点算法的混合刚塑性有限元方法作为快速稳定的解决方案。与增量弹塑性分析方法相反，硬塑性分析方法被称为直接方法。这是直接评价塑性塌陷状态的物理量。对于承受循环载荷的线弹性和完美塑性体，已知有一种安定分析方法，其具有与刚塑性分析方法类似的数学结构。在本研究中，我们开发了混合安定分析方法的公式和分析代码，并研究了其特性。此外，我们研究了边界技术的数学结构，该技术评估重复加载期间剩余的永久变形量。即使使用这些基于直接法的分析系统，理论上也可以仅使用直接法来估计极限极限、安定极限和残余变形。未来，基于本研究构建的理论框架创建工具并收集解决特定问题的专业知识将非常重要。