基于精细化数值仿真的剪力墙抗震性能及破坏控制研究

剪力墙是一种既能承担水平荷载，又能承担竖向荷载，具有良好的抗震性能的结构构件。本课题基于原定研究目标，基于本课题已完成的变轴压比、高宽比、边缘配筋情况的钢筋混凝土剪力墙的低周反复试验，主要完成了：①基于材料层次的剪力墙钢筋及混凝土的本构关系、约束混凝土本构关系以及新老混凝土界面的粘结关系，剪力墙平截面计算假定、弯曲剪切计算假定，钢筋与混凝土材料的接触非线性的建模方法，新老混凝土界面建模方法；②考虑剪力墙的轴压比、高宽比、边缘配筋细节，基于向量式有限元程序VFIFE开展了复合受力下的剪力墙二维板单元二次开发及数值模拟验证，验证结果表明该程序对处理剪力墙大变形问题具有良好的适应性；③根据基于性能抗震设计的设计水准划分方法，将剪力墙的性能状态划分为基本完好、轻微破坏、严重破坏、不倒塌四种性能状态，根据已有试验的结果分别与剪力墙力－位移曲线上的关键点对应，研究了不同性能状态位移角与其主要设计参数如高宽比、轴压比、边缘配筋情况之间的规律；④进行剪力墙构件多维非线性行为模拟，研究剪力墙的破坏模式和损伤机制，研究不同设计参数的剪力墙的裂缝开展、混凝土压溃、钢筋屈曲以及塑性区在低周反复或水平推覆荷载作用下的发展过程以及以上破坏情况与其位移角之间的关系以及其数值模拟技术。基于本课题已发表SCI收录文章3篇，正在外审的SCI论文3篇，已发表核心期刊论文3篇，已录用核心期刊论文3篇，培养毕业研究生1人，正在读博士研究生1人，在读硕士研究生5人。研究主要进展及创新点在于：在试验基础上结合基于性能抗震设计方法将位移角对剪力墙性能状态联系起来，利用位移角界定剪力墙性能状态；对不同截面参数设置条件下剪力墙的破坏模式及规律进行试验和数值仿真研究，得到轴压比、高宽比、边缘约束情况对剪力墙抗震性能的影响规律；提供了剪力墙平截面应变和高度方向边缘应变在剪力墙破坏全过程的发展规律；开发了基于向量式有限元的剪力墙二维板单元模型。 2100433B

研究剪力墙非线性全过程数值仿真分析方法，并在此基础上研究剪力墙性能状态与其主要抗震设计参数之间的量化关系和破坏控制。主要包括基于材料层次并考虑配筋细节的剪力墙精细化非线性数值仿真技术及相关计算假定和模型的研究；基于ABAQUS平台利用集成脚本语言Python进行非线性分析程序的二次开发；以精细化数值仿真分析为依据，建立剪力墙在基本完好、轻微破坏、严重破坏、不倒塌状态时，其位移角与其主要设计参数如高宽比、轴压比、边缘配筋情况之间的量化关系；在已有研究的基础上提出改进的剪力墙损伤指标模型，建立设计参数－关键性能状态控制点位移角－损伤指数之间的量化关系。本课题的研究将解决剪力墙结构基于性能抗震设计的关键问题，对高层及超高层结构的灾害控制具有重大意义。

本书是一本论述土的渗透、渗透破坏及水工建筑物渗流控制原理的专著。书中系统地阐述了作者多年的研究成果，阐明了确定土的渗透、渗透稳定性质的基本原理与方法。根据所述的室内模型试验结果及工程渗透破坏实例，提出水工建筑物的渗流破坏机理是开始于渗流出口，继而向内部发展的理念，在此基础上进一步明确提出，水工建筑物渗流控制的基本原理应是防渗和排渗相结合，反滤层保护渗流出口，简称防渗、排渗和反滤层相结合。反滤层的作用是滤土减压，使用反滤层后提高了土体的渗透强度，可保证渗透稳定。自然界中的土类繁多，为适应各类土的渗透稳定特性，书中在早期关于无黏性均匀土反滤层设计理念的基础上，根据试验研究结果，分别给出了适合不均匀无黏性土、砾质土、风化土及黏性土等各类土料反滤层的设计方法，并在此基础上还提出在反滤层的保护下土工建筑物中的裂缝可以自愈的概念，对土石坝裂缝问题提出了另一条解决途径。

序

前言

第一篇 绪论

第二篇 土的渗透和渗透破坏及渗透强度

一、决定土体渗透系数的主要因素及渗透系数

无黏性土的孔隙直径及渗透系数

面板坝碎石垫层料渗透系数与最佳颗粒级配的关系

制样含水量对饱和的压实黏性土渗透性质的影响

砾石土的防渗特性

二、各类土渗透破坏性质及鉴定方法

缺乏中间粒径砂砾石的渗透稳定特性

连续级配砂砾石的渗透稳定性

土质防渗体与岩面接触冲刷特性

砾石土渗透稳定特性

无黏性土层之间渗流接触冲刷机理

分散性黏性土的渗透稳定特性

三、土的渗透强度

无黏性土的渗透强度

一般黏性土正常条件下的渗透强度

第三篇 反滤层在渗透控制中的主导地位及各类土反滤层的设计方法

一、反滤层在渗流控制的主导地位

高土石坝心墙裂缝自愈机理与反滤层的作用

反滤层保护下裂缝自愈的斜墙坝

极薄心墙坝在反滤层保护下的渗透稳定性

反滤层在小浪底坝基防渗墙与心墙新型连接型式中的渗控作用

当前反滤层设计中存在的几个问题

二、各类土反滤层的设计方法

无黏性土反滤料的试验研究

风化料反滤层的试验研究

多级配砾石反滤层的试验研究

第四篇 土工建筑物渗透破坏规律控制原理及措施

一、土工建筑物渗流破坏规律1

土石坝防渗体各类渗流破坏中的共同特征

渗透破坏开始于渗流出口

二、土工建筑物渗流控制基本原理与方法

土工建筑物渗流控制理论发展过程及水平

土石坝防渗体国内外渗流控制水平现状

我国土石坝地基及坝体渗流控制理论发展现状

我国土石坝渗流控制技术现代水平

土石坝防渗体裂缝的渗流自愈

地基防渗墙插入心墙连接形式渗流控制的优越性

三、砂砾石地基上闸坝的渗流控制

80多m多层砂砾石地基新型渗流控制措施

第五篇 工程实践实例

风化料在鲁布革高土石坝防渗体中的应用

缓慢蓄水提高防渗体防渗能力的研究在陆浑水库的应用

沟后砂砾石面板坝溃坝事故对提高面板坝渗流控制技术的重要意义

渗流控制原理在加速病险水库处理中的应用 2100433B

在研项目按项目计划书要求完成全部预定研究内容。已取得的主要学术成绩：1）高轴压比条件下剪切板阻尼器的耗能机制；2）基于剪切耗能控制的大跨度地下结构减震机理。研究成果发展和完善了大跨度地下结构减震控制理论和精细化数值分析方法，推动了基于剪切耗能控制的先进抗震设计理念和减震控制技术在地下工程中的应用。已发表第一作者SCI论文2篇，SCI源刊（待收录）3篇，EI论文3篇，申请国家发明专利3项。有关成果在2部国家标准和地方规范中得到应用，获得上海市科技进步三等奖1项。.针对当前我国软土地下大空间结构抵御地震灾害能力亟待提升的迫切需求，拟申请项目将研究：1）软土地下结构动态离心模型试验；2）考虑跨尺度效应的三维精细化混合建模方法及验证；3）地下大空间结构减震控制机理。旨在揭示强震下软土地下大空间结构地震破坏机理以及基于能量转移和耗散的减震控制机理，为进一步提高我国地下工程的抗震防灾水平提供科学支撑。