建筑玻璃结构在刚体冲击下的破坏机理及预测模型研究

本项目以提升结构工程设计安全的需求为背景，结合实验研究和数值模拟为手段，从玻璃和胶片材料层面系统性研究结构玻璃的材料性能并拓展到结构层面的玻璃结构的冲击破坏机理和耗能规律，提出在动载下结构玻璃材料的本构和破坏特征及其数学力学表征。开发了基于组合有限元-离散元理论、考虑夹层玻璃材料和胶合面耦合脱胶行为、分析脆性/延性复合结构的新型数值方法及其冲击仿真模型。通过实验观察和数值模拟，揭示玻璃结构在刚体冲击下的起裂、破坏过程及其发展机理，阐述不同设计参数（玻璃类型、玻璃层数、胶层厚度和类型、支撑条件、玻璃厚度比）和玻璃面板开裂顺序对冲击承载力的影响，研究夹层玻璃在冲击破坏过程中能量传递和耗散规律、各种破坏模态发生条件及其冲击破坏两大极限状态的识别，提出玻璃结构抗冲击设计的性能指标。推导玻璃结构抗冲击承载力模型，构建玻璃结构抗冲击设计方法。

本项目以提升结构工程设计安全的需求为背景，以玻璃结构为对象，以提高抗冲击安全性为目标，以组合有限元-离散元、材料力学、冲击力学理论为基础，以实验研究和数值模拟为手段，以基础性研究为特色，以结构玻璃的材料性能和玻璃结构的冲击破坏为锁定研究内容，提出在动载下结构玻璃材料的本构和破坏特征及其数学力学表征，开发基于组合有限元-离散元理论、分析脆性/延性复合结构的新型数值方法及其冲击仿真模型，推导玻璃结构抗冲击承载力模型，构建玻璃结构抗冲击设计方法；通过实验观察和数值模拟，揭示玻璃结构在刚体冲击下的起裂、破坏过程及其发展机理，阐述不同设计参数和冲击模式对冲击承载力的影响，科学认识在冲击破坏过程中能量传递和耗散规律、各种破坏模态发生条件及其冲击破坏两大极限状态的识别，提出玻璃结构抗冲击设计的性能指标。本项目既有鲜明的学术前沿性，也有显著工程应用意义，可为玻璃结构设计提供科学的理论支撑。

网壳结构抗冲击是民用建筑抗爆/反恐的前沿理论之一，《网壳结构在冲击荷载下的破坏机理》系统总结了作者团队在该方向的研究成果。《网壳结构在冲击荷载下的破坏机理》共8章，内容主要包括绪论、建筑Q235钢的动态本构模型与应用、圆钢管侧向冲击响应试验、圆钢管侧向冲击仿真技术及参数影响规律、网壳结构在冲击荷载下的失效模式、网壳结构冲击响应规律、网壳结构模型落锤冲击试验、网壳结构遭受飞机撞击效应研究。《网壳结构在冲击荷载下的破坏机理》内容涵盖材料本构、构件和结构的冲击破坏机理三个层次，构成了较为完整的理论研究框架。

一是通过理论分析和实验相结合的方式，着重探讨混凝土材料动态破坏成因及其演化机理的过程，研究破坏的临界条件，并建立表征其破坏机理的一般模型；进而完善我们已给出的混凝土材料的动态本构模型；二是分析研究不同配筋对混凝土材料破坏形态及其破坏机理的影响，包括：配筋率、配筋间距和配筋形式等因素，建立配筋与混凝土之间的粘结-滑移关系；三是基于以上研究工作，建立强冲击载荷作用下钢筋混凝土动态响应的理论分析模型，并在数值上予以实现。意义：通过本项目的完成，力求为工程设计、结构选材提供优化分析和安全保障。 2100433B