混凝土结构抗震性能的不确定性分析与研究

副题名

外文题名

学科专业

学位级别

工学博士

学位授予单位

湖南大学

学位授予时间

2011

馆藏号

TU37

唯一标识符

108.ndlc.2.1100009031010001/T3F24.005709778

馆藏目录

2012\TU37\6

2100433B

本项目以海砂混凝土结构的抗震性能为研究主题。实验研究海砂混凝土的物化组成、微孔形貌和应力应变规律；结合理论分析探讨海砂混凝土腐蚀行为和钢筋锈蚀形态，掌握锈蚀钢筋本构关系变化特征，获得钢筋锈蚀速率计算模型；提取定量表征结构性能演化的序参量，建立海砂混凝土微观腐蚀与结构宏观性能的逻辑关联；基于劣化结构基本单元动力性能的模型试验结果，构建能够较好反映钢筋锈胀引起的海砂混凝土结构保护层开裂与脱落、粘结失效与滑移机制的有限元分析模型，实现海砂混凝土梁柱构件恢复力特性的合理推定；借助商用有限元分析软件进行海砂混凝土框架结构的静力弹塑性分析，探讨劣化海砂混凝土结构正常使用和倒塌失效准则下的抗震能力衰变规律，掌握地震作用下处于不同劣化状态的结构失效机制和重要失效模式。为系统开展既有海砂混凝土结构抗震性能评估与加固、提升新建海砂混凝土结构抗震可靠性提供科学依据，推动海砂资源化利用。

以海砂混凝土结构为研究对象。进行了海砂资源分布、海砂物化构成和氯离子含量等基本参量分析；检测分析了22个疑似海砂单体建筑，获得了大量第一手资料；实验研究了海砂混凝土的基本性能，包括碳化、抗硫酸盐性能和氯离子固化和扩散等耐久性能以及抗压、抗折和弹性模量等力学性能；对比分析了钢筋加速锈蚀量和锈蚀速率的测定方法与结果；试验研究了坑蚀和均蚀钢筋的应力应变关系和特征，以及锈蚀钢筋与混凝土的粘结滑移规律；基于海砂钢筋混凝土材料的基本力学性能的研究成果并结合既有文献成果，进行了不同锈蚀率和锈蚀形态下的结构基本构件的模型试验和有限元仿真分析，获得了相应的规律性认知；在此基础上开展了构件层面的可靠性分析和全寿命成本分析；进行了不同轴压比和锈蚀率的钢筋混凝土柱动力性能试验与建模分析，研究了锈蚀构件锈胀裂缝分布规律和裂缝宽度随着锈蚀率的增大趋势以及混凝土保护层剥落形态、轴压比和锈蚀率对柱构件的滞回耗能能力、极限强度、捏拢效果、退化刚度等方面影响；通过两榀三跨二层框架结构模型的拟动力加载试验，研究了锈蚀钢筋混凝土框架的失效机制和破坏模式等抗震性能衰变特征。 出版工程结构耐久性教材1本，申请国家发明和实用新型专利各1项，获得实用新型专利和软件著作权登记成果各1项，发表论文3篇，仍有10余项上述类型成果有待提交发表；参与本项目研究的研究生11名，博士生1名，硕士生10名，其中已培养毕业硕士生5名。 2100433B

本项目在国家自然科学基金资助下，对圆形和方形截面高纵筋率钢管约束混凝土短柱的静力和抗震性能、梁柱节点的轴压和抗震性能进行了系统的试验研究和理论分析，并按计划完成了预定的目标。项目研究取得的各项成果可为高纵筋率钢管约束混凝土结构的应用和设计提供参考和建议。本项目的主要研究成果如下： (1) 对80个高纵筋率钢管约束混凝土试件进行了试验研究，研究内容主要包括短柱的轴压、偏压和滞回性能以及节点的轴压和抗震性能，验证了高纵筋率钢管约束混凝土构件的优越性能。 (2) 建立了轴压荷载作用下圆钢管约束混凝土柱的简化力学模型，推导了钢管应力随高度变化的参数方程。 (3) 提出了高纵筋率钢管约束混凝土短柱轴压承载力计算公式，计算结果与试验及有限元结果吻合较好。 (4) 推导了钢管约束混凝土极限压应变随约束强度的变化关系，并建立了极限压应变的计算公式。 (5) 建立了高纵筋率钢管约束混凝土偏压构件的纤维模型，并验证了轴心受压下的约束混凝土本构关系可直接应用于偏心受压构件。 (6) 提出了不同混凝土强度和套箍系数下钢管约束混凝土等效矩形应力系数α和β的取值；并在此基础上，建立了圆/方高纵筋率钢管约束混凝土构件的正截面承载力计算公式。 (7) 提出了基于特征点方法的轴力—弯矩相关曲线，进一步简化了对称配筋高纵筋率钢管约束混凝土柱正截面承载力的计算。 (8) 建立了考虑延性的钢管约束混凝土短柱抗剪承载力公式，公式中明确了钢管与混凝土的组合作用。 (9) 提出了新型的钢管约束钢筋混凝土柱-钢筋混凝土梁框架节点，包括梁水平加腋、柱节点区并筋和节点区钢管贯通开洞三种形式，并提出了静力和抗震设计方法。 2100433B