随着计算技术的不断发展，近几十年来，数值分析方法成为水工建筑物、海洋采油平台、大跨高耸结构等大型结构工程设计计算中的重要分析手段。基于在模拟混凝土内部裂缝发生、扩展以及计算裂缝宽度上的优势，刚体弹簧元法成为一种非常具有发展前景的数值分析方法。本文采用细观刚体弹簧元法，模拟了轻骨料混凝土静态加载下的力学性能及裂缝扩展特征，并将数值模拟结果与已有的试验数据进行了对比分析，验证了细观数值模拟方法的有效性和可行性。本文具体开展了以下几方面的工作：1．在细观层次上，将轻骨料混凝土看成由轻粗骨料颗粒(陶粒)、砂浆及其界面组成的三相复合材料，将刚体弹簧元法引入轻骨料混凝土力学性能及裂缝扩展的数值模拟中，确定了适合轻骨料混凝土细观数值模拟的各种参数，包括：单元划分精度、轻粗骨料的弹性模量、泊松比、抗拉强度、骨料级配等，建立了细观层次上不同类型单元间(砂浆—砂浆、砂浆—骨料、骨料—骨料)的本构关系和强度准则。2．开展了轴心受压加载下，不同边界约束时，棱柱体试件受力过程的数值模拟分析，研究了试件两端是否采取减摩措施对试件承载力及裂缝扩展形式的影响规律，与试验现象基本一致。模拟了三种尺寸立方体试件，100mm×100mm×100mm、150mm×150mm×150mm、200mm×200mm×200mm单轴受压的破坏过程，得到不同试件尺寸对立方体受压力学性能的影响规律，与试验结果吻合较好。3．数值模拟了棱柱体试件单轴受压、单轴受拉的受力破坏过程，得到了静态加载下单轴受压、单轴受拉的应力—应变全曲线，分析了影响裂缝扩展的因素及峰值应力与峰值应变之间的关系，数值分析得到的应力—应变曲线能够较好的符合试验曲线。根据数值计算结果，建议了一个有理分式作为轻骨料混凝土单轴受压应力—应变全曲线的解析表达式以及一个多项式作为单轴受拉应力—应变全曲线上升段的解析表达式。4．模拟了纯砂浆梁和轻骨料混凝土梁的受弯破坏过程，研究了单点集中加载和三分点加载情况下，梁的受弯强度和裂缝扩展规律，分析了加载方式、水灰比、开口高度对其峰值荷载及峰值荷载对应位移的影响规律。对不同加载形式轻骨料混凝土力学性能的数值模拟结果表明：基于细观层次的刚体弹簧元数值方法能较好地预测轻骨料混凝土的静态力学性能和破坏过程，从而可以预见细观刚体弹簧元方法能够应用到轻骨料混凝土的结构分析中。