海洋環(huán)境下混凝土動(dòng)力損傷模型研究

本課題主要研究海水中氯離子和硫酸根離子雙因素侵蝕混凝土的動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系演化，建立混凝土在侵蝕下的動(dòng)力損傷模型。在此基礎(chǔ)上，利用宏觀和微觀相結(jié)合的方法來區(qū)分侵蝕作用下的化學(xué)和動(dòng)力學(xué)損傷。本項(xiàng)目將(1)利用SEM微觀實(shí)驗(yàn)方法，研究氯離子和硫酸根離子雙因素侵蝕混凝土的化學(xué)產(chǎn)物的成核和生長(zhǎng)。(2)利用分離式Hopkinson壓桿技術(shù)和Lagrange反分析相結(jié)合，實(shí)驗(yàn)研究混凝土在清水及人工海水侵蝕一定時(shí)間下的含損傷動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系的演化。(3)利用超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)測(cè)得不同侵蝕時(shí)間下的混凝土動(dòng)態(tài)彈性模量的演變，與動(dòng)態(tài)條件下測(cè)得的混凝土本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行比較，區(qū)分混凝土中化學(xué)損傷和動(dòng)力學(xué)損傷。從而為將來更好地預(yù)測(cè)出混凝土的耐久性能做出理論基礎(chǔ)，為今后的沿海建筑工程的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 2100433B

我國(guó)河北唐山及四川汶川發(fā)生的強(qiáng)烈地震造成了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，加緊構(gòu)建特大地震作用下具有高抗震能力的城鎮(zhèn)建筑結(jié)構(gòu)體系已成為亟待解決的課題。本申請(qǐng)項(xiàng)目旨在建立非固結(jié)混凝土承臺(tái)減震結(jié)構(gòu)體系，通過基礎(chǔ)理論研究、動(dòng)力模型試驗(yàn)和數(shù)值分析等方法，系統(tǒng)地開展非固結(jié)混凝土承臺(tái)與聚氨酯高阻尼材料復(fù)合減震層的本構(gòu)關(guān)系及彈塑性滯回性能研究，提出考慮壓應(yīng)力/應(yīng)變/頻率等多因素效應(yīng)的數(shù)學(xué)力學(xué)模型；研究非固結(jié)混凝土承臺(tái)減震結(jié)構(gòu)考慮水平雙向地震與豎向地震耦合效應(yīng)的非線性分析模型，提出減震結(jié)構(gòu)考慮沖擊效應(yīng)的數(shù)學(xué)力學(xué)模型、反應(yīng)譜分析理論以及相應(yīng)的地震反應(yīng)預(yù)測(cè)理論；特別是通過靜力及動(dòng)力試驗(yàn)和理論研究探索非固結(jié)混凝土承臺(tái)減震結(jié)構(gòu)在特大地震輸入下的性態(tài)特征和損傷機(jī)理。本項(xiàng)目的開展對(duì)于提升我國(guó)城鎮(zhèn)民用建筑的抗震安全性能具有重要的意義，符合國(guó)家城鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展和抗震防災(zāi)規(guī)劃，項(xiàng)目將力求為非固結(jié)混凝土承臺(tái)減震結(jié)構(gòu)提供應(yīng)用基礎(chǔ)理論。

1976年唐山及2008年汶川發(fā)生的強(qiáng)震造成了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，本項(xiàng)目針對(duì)城鎮(zhèn)多層及低層建筑結(jié)構(gòu)，提出一種新型建筑減震體系即非固結(jié)減震結(jié)構(gòu)體系的設(shè)想，針對(duì)該減震結(jié)構(gòu)體系開展了地震作用下非固結(jié)減震結(jié)構(gòu)的空間動(dòng)力模型及損傷機(jī)理研究工作，主要研究工作內(nèi)容和取得的研究成果包括：①針對(duì)非固結(jié)減震體系提出一種錐形非固結(jié)減震裝置，對(duì)裝置的關(guān)鍵參數(shù)坡度角及聚氨酯高阻尼材料復(fù)合減震層開展研究，設(shè)計(jì)并加工不同坡度角和減震層為氯丁橡膠、丁基橡膠、聚四氟乙烯等的錐形非固結(jié)隔震支座，對(duì)不同參數(shù)的支座進(jìn)行水平力學(xué)性能試驗(yàn)，研究坡度角、阻尼材料類型、阻尼材料厚度、加載振幅、加載頻率及高應(yīng)力等對(duì)支座力學(xué)性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明非固結(jié)支座在多因素影響下具有穩(wěn)定的力學(xué)性能，得到了不同坡度角、減震層材料支座的耗能能力及各種因素的影響規(guī)律。②基于不同坡度角非固結(jié)支座靜力試驗(yàn)滯回曲線，采用ABAQUS軟件進(jìn)行支座三維模擬，采用超彈性力學(xué)模型系統(tǒng)地開展非固結(jié)混凝土承臺(tái)與聚氨酯高阻尼材料復(fù)合減震層的本構(gòu)關(guān)系及彈塑性滯回性能研究，對(duì)支座的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行數(shù)值模擬，提出支座受力位移三階段的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，基于三階段的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)提出考慮壓應(yīng)力/應(yīng)變/頻率等多因素效應(yīng)的支座恢復(fù)力骨架曲線公式及簡(jiǎn)化模型。③對(duì)采用非固結(jié)錐形隔震支座的縮尺1:4鋼框架結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了水平和豎向單向地震波輸入下的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。通過輸入不同類型的地震波分析上部結(jié)構(gòu)和錐形支座的地震反應(yīng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在8度和9度罕遇地震作用下，上部結(jié)構(gòu)的加速度峰值比輸入加速度峰值增加10%-50%，與普通抗震結(jié)構(gòu)相比具有較理想的減震效果。采用有限元軟件建模分析大震下非固結(jié)減震結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，數(shù)值模型的地震響應(yīng)與振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)實(shí)測(cè)曲線較吻合，試驗(yàn)與數(shù)值分析結(jié)果一致性良好。④基于錐形非固結(jié)支座的幾何特性，分析了非固結(jié)支座在地震作用下的沖擊效應(yīng)，探討了沖擊效應(yīng)在不同地震烈度、不同場(chǎng)地波下對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響。采用有限元軟件模擬非固結(jié)隔震結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，結(jié)合振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果分析結(jié)構(gòu)的沖擊效應(yīng)，劃分兩種沖擊狀態(tài)并定義了沖擊放大系數(shù)，建立了非固結(jié)減震結(jié)構(gòu)沖擊效應(yīng)的判定標(biāo)準(zhǔn)。⑤針對(duì)錐形非固結(jié)支座不能承受拉力的特點(diǎn)，研究了罕遇地震下結(jié)構(gòu)的抗傾覆可靠性，提出了三種非固結(jié)結(jié)構(gòu)高寬比限值計(jì)算方法，分析不同烈度區(qū)、不同場(chǎng)地條件下結(jié)構(gòu)的高寬比限值，給出了非固結(jié)隔震結(jié)構(gòu)的抗傾覆驗(yàn)算的計(jì)算依據(jù)。 2100433B