不同屈服点钢筋混凝土结构的力学特性及耗能机理研究

传统抗震设计方法主要依靠结构构件屈服后的塑性变形性能和滞回耗能来耗散地震能量，即结构的耗能是在混凝土开裂、钢筋屈服之后，震后修复加固需要较大的代价。由于传统钢筋混凝土结构自身的局限性，尤其是混凝土材料的低应变开裂性，使得钢筋的材料功能在结构线弹性工作阶段不能得到有效地发挥。本项目试图在普通钢筋混凝土结构理论的基础上，结合最新的极低屈服点金属耗能技术和大变形混凝土的最新研究成果，开发研究一种新型具有较强的能量耗散能力和大范围弹性工作段的不同屈服点钢筋混凝土结构，研究其合理布置和构造形式，阐明其能量耗散机理，建立合理的力学模型，并为工程设计提供方便的结构计算方法。与传统结构通过局部破坏形成塑性铰消耗地震能量相比，该结构在整体仍处于线弹性阶段就可以耗散地震能量，避免震后维修等。这项研究为传统的钢筋混凝土结构设计和研究开辟一个新的视角。 2100433B

本项目围绕热交换桩，采用室内试验、模型试验、理论和数值方法，开展了长期热循环下桩土力学特性及作用机理研究。首先采用温控静动三轴仪，开展了不同温度（25℃、45℃和65℃）、不同围压（100kPa、150kPa、200kPa）及先加温后剪切、先剪切后加温条件下宁波软黏土的热力学特性，分析了温度对土的应力~应变及抗剪强度等指标的影响。其次，研制了大型温控固结仪，开展了循环温度下土的固结试验，获得土的e~p、e~logp曲线及压缩系数等指标；在广义三元件模型、西原模型基础上，引入考虑温度影响的元件参数，建立了耦合温度的三元件流变模型和西原模型，探讨了的热流变固结性状。第三，以宁波软黏土为对象，开展预制热交换桩桩-土模型试验，研究了温度对桩身轴力、桩侧摩阻力、桩顶位移、桩身应力应变、土体孔压、地表沉降等的影响规律，揭示了长期热循环作用对桩基承载特性的影响。最后，考虑能源桩桩土界面法向温度应力增量对初始剪切刚度的影响，对传统桩土界面荷载传递双曲线模型进行修正，建立了考虑温度影响的桩土界面荷载传递模型，分析了温度对能源桩侧摩阻力的影响；并基于上负荷面、tij和温度等价应力概念，提出了可考虑超固结比、结构性、温度效应和中间主应力的黏土热弹塑性本构模型，并进行二次开发，在Abaqus程序中开展热交换桩基承载特性数值模拟，计算获得不加热(室温30℃)、加热至45℃(60℃)、先加热至45℃(60℃)再自然降温至30℃、先加热至45℃再自然降温至30℃(进行两次循环加热)六种工况及30℃→45℃→30℃(两次循环)工况下桩土温度、应力、孔压时程曲线，荷载沉降、桩侧阻力、桩身轴力，进一步阐明长期热循环作用对桩基承载特性的影响机理；利用有限元模型，计算分析了长期热循环作用下热交换桩有承载力特性，评价了长期热循环作用对热交换桩基础承载力设计的影响，并提出了长期热循环作用下桩端和桩侧后注浆对热交换桩附加沉降的控制措施。 2100433B

本项目为了解并掌握海底饱水条件下不同腐蚀程度的花岗岩的力学响应特性以及在动荷载扰动下的损伤特性。通过现场取样，并制备干燥、半饱和、饱和三种不同含水状态的岩石芯样并进行常规物理特性测试，首先对不同含水状态岩芯进行CT微观分析，建立微观损伤关系，并从常规力学实验试验中得出岩石强度与饱和系数之间的关系，得出不同含水量岩石的物理力学参数。随后，采用SHPB装置对三种不同含水状态岩石芯样进行单轴压缩实验，得到岩石芯样在4种较低冲击能量和4种较高冲击能量的单次作用下以及在单一较低能量不同冲击次数下的动力学响应特性，对比不同饱和系数岩石芯样的实验数据，得到相关规律。实验完成后，采用CT机对受到冲击并发生损伤的岩石芯样进行测试，得到不同含水岩石的损伤特性以及相关规律。最后，从理论分析以及数值模拟的角度对饱水岩石的破坏进行研究，得出不同含水岩石发生破坏的规律。主要结论如下：芯样在不同含水量情况下的岩石密度、波速随着饱和系数的增加而增加，岩石强度则随着饱和系数的增加而减小。采用SHPB装置研究不同饱和系数岩石芯样的动力学特性可知，含水量越大，岩石的动态响应越强烈，但动态强度越低。而由循环冲击试验可知冲击次数的增加导致岩石平均应变率的增加，而强度则有着不同程度的减小，随着冲击能量越大，冲击次数越高，岩石孔隙度增加值越大。但在大的冲击能量及较多冲击次数作用下，除了破坏处，岩石内部出现了明显的斑纹，说明出现了裂隙或孔隙度集中增加的现象。通过模拟得出，在相同冲击能量作用下，岩石层裂厚度及破坏程度随岩石含水量的增加而增加。通过上述研究，揭示饱水腐蚀岩石的动态损伤破坏机理，从而为海下岩石工程的灾害控制和安全开挖提供理论依据。 2100433B