混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能的不確定性分析與研究

副題名

外文題名

學(xué)科專業(yè)

學(xué)位級(jí)別

工學(xué)博士

學(xué)位授予單位

湖南大學(xué)

學(xué)位授予時(shí)間

2011

館藏號(hào)

TU37

唯一標(biāo)識(shí)符

108.ndlc.2.1100009031010001/T3F24.005709778

館藏目錄

2012\TU37\6

2100433B

本項(xiàng)目以海砂混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能為研究主題。實(shí)驗(yàn)研究海砂混凝土的物化組成、微孔形貌和應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律；結(jié)合理論分析探討海砂混凝土腐蝕行為和鋼筋銹蝕形態(tài)，掌握銹蝕鋼筋本構(gòu)關(guān)系變化特征，獲得鋼筋銹蝕速率計(jì)算模型；提取定量表征結(jié)構(gòu)性能演化的序參量，建立海砂混凝土微觀腐蝕與結(jié)構(gòu)宏觀性能的邏輯關(guān)聯(lián)；基于劣化結(jié)構(gòu)基本單元?jiǎng)恿π阅艿哪Ｐ驮囼?yàn)結(jié)果，構(gòu)建能夠較好反映鋼筋銹脹引起的海砂混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層開裂與脫落、粘結(jié)失效與滑移機(jī)制的有限元分析模型，實(shí)現(xiàn)海砂混凝土梁柱構(gòu)件恢復(fù)力特性的合理推定；借助商用有限元分析軟件進(jìn)行海砂混凝土框架結(jié)構(gòu)的靜力彈塑性分析，探討劣化海砂混凝土結(jié)構(gòu)正常使用和倒塌失效準(zhǔn)則下的抗震能力衰變規(guī)律，掌握地震作用下處于不同劣化狀態(tài)的結(jié)構(gòu)失效機(jī)制和重要失效模式。為系統(tǒng)開展既有海砂混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)估與加固、提升新建海砂混凝土結(jié)構(gòu)抗震可靠性提供科學(xué)依據(jù)，推動(dòng)海砂資源化利用。

以海砂混凝土結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象。進(jìn)行了海砂資源分布、海砂物化構(gòu)成和氯離子含量等基本參量分析；檢測(cè)分析了22個(gè)疑似海砂單體建筑，獲得了大量第一手資料；實(shí)驗(yàn)研究了海砂混凝土的基本性能，包括碳化、抗硫酸鹽性能和氯離子固化和擴(kuò)散等耐久性能以及抗壓、抗折和彈性模量等力學(xué)性能；對(duì)比分析了鋼筋加速銹蝕量和銹蝕速率的測(cè)定方法與結(jié)果；試驗(yàn)研究了坑蝕和均蝕鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和特征，以及銹蝕鋼筋與混凝土的粘結(jié)滑移規(guī)律；基于海砂鋼筋混凝土材料的基本力學(xué)性能的研究成果并結(jié)合既有文獻(xiàn)成果，進(jìn)行了不同銹蝕率和銹蝕形態(tài)下的結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的模型試驗(yàn)和有限元仿真分析，獲得了相應(yīng)的規(guī)律性認(rèn)知；在此基礎(chǔ)上開展了構(gòu)件層面的可靠性分析和全壽命成本分析；進(jìn)行了不同軸壓比和銹蝕率的鋼筋混凝土柱動(dòng)力性能試驗(yàn)與建模分析，研究了銹蝕構(gòu)件銹脹裂縫分布規(guī)律和裂縫寬度隨著銹蝕率的增大趨勢(shì)以及混凝土保護(hù)層剝落形態(tài)、軸壓比和銹蝕率對(duì)柱構(gòu)件的滯回耗能能力、極限強(qiáng)度、捏攏效果、退化剛度等方面影響；通過(guò)兩榀三跨二層框架結(jié)構(gòu)模型的擬動(dòng)力加載試驗(yàn)，研究了銹蝕鋼筋混凝土框架的失效機(jī)制和破壞模式等抗震性能衰變特征。 出版工程結(jié)構(gòu)耐久性教材1本，申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明和實(shí)用新型專利各1項(xiàng)，獲得實(shí)用新型專利和軟件著作權(quán)登記成果各1項(xiàng)，發(fā)表論文3篇，仍有10余項(xiàng)上述類型成果有待提交發(fā)表；參與本項(xiàng)目研究的研究生11名，博士生1名，碩士生10名，其中已培養(yǎng)畢業(yè)碩士生5名。 2100433B

本項(xiàng)目在國(guó)家自然科學(xué)基金資助下，對(duì)圓形和方形截面高縱筋率鋼管約束混凝土短柱的靜力和抗震性能、梁柱節(jié)點(diǎn)的軸壓和抗震性能進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究和理論分析，并按計(jì)劃完成了預(yù)定的目標(biāo)。項(xiàng)目研究取得的各項(xiàng)成果可為高縱筋率鋼管約束混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和設(shè)計(jì)提供參考和建議。本項(xiàng)目的主要研究成果如下： (1) 對(duì)80個(gè)高縱筋率鋼管約束混凝土試件進(jìn)行了試驗(yàn)研究，研究?jī)?nèi)容主要包括短柱的軸壓、偏壓和滯回性能以及節(jié)點(diǎn)的軸壓和抗震性能，驗(yàn)證了高縱筋率鋼管約束混凝土構(gòu)件的優(yōu)越性能。 (2) 建立了軸壓荷載作用下圓鋼管約束混凝土柱的簡(jiǎn)化力學(xué)模型，推導(dǎo)了鋼管應(yīng)力隨高度變化的參數(shù)方程。 (3) 提出了高縱筋率鋼管約束混凝土短柱軸壓承載力計(jì)算公式，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)及有限元結(jié)果吻合較好。 (4) 推導(dǎo)了鋼管約束混凝土極限壓應(yīng)變隨約束強(qiáng)度的變化關(guān)系，并建立了極限壓應(yīng)變的計(jì)算公式。 (5) 建立了高縱筋率鋼管約束混凝土偏壓構(gòu)件的纖維模型，并驗(yàn)證了軸心受壓下的約束混凝土本構(gòu)關(guān)系可直接應(yīng)用于偏心受壓構(gòu)件。 (6) 提出了不同混凝土強(qiáng)度和套箍系數(shù)下鋼管約束混凝土等效矩形應(yīng)力系數(shù)α和β的取值；并在此基礎(chǔ)上，建立了圓/方高縱筋率鋼管約束混凝土構(gòu)件的正截面承載力計(jì)算公式。 (7) 提出了基于特征點(diǎn)方法的軸力—彎矩相關(guān)曲線，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了對(duì)稱配筋高縱筋率鋼管約束混凝土柱正截面承載力的計(jì)算。 (8) 建立了考慮延性的鋼管約束混凝土短柱抗剪承載力公式，公式中明確了鋼管與混凝土的組合作用。 (9) 提出了新型的鋼管約束鋼筋混凝土柱-鋼筋混凝土梁框架節(jié)點(diǎn)，包括梁水平加腋、柱節(jié)點(diǎn)區(qū)并筋和節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼管貫通開洞三種形式，并提出了靜力和抗震設(shè)計(jì)方法。 2100433B