扭矩作用下型鋼混凝土構(gòu)件的破壞機理及強度計算研究

從完成的實驗、完成的研究內(nèi)容和取得的成果三個方面對項目簡述如下。 （1）完成的實驗 完成的實驗有：22個純扭、13個彎扭、6個剪扭、4個彎剪扭梁式試件的單調(diào)加載實驗，4個彎剪扭梁式試件的低周反復(fù)加載實驗，30個壓彎剪扭柱式試件的單調(diào)加載實驗，24個壓彎剪扭柱式試件的低周反復(fù)加載實驗，合計完成103個試件的實驗工作。 對比項目申請時規(guī)劃77個試件的實驗任務(wù)，試件數(shù)量和實驗類型增加，以使項目的研究更加全面和科學(xué)。 （2）完成的研究內(nèi)容 完成的研究內(nèi)容有：“實腹式型鋼混凝土純扭試件、角鋼骨架型鋼混凝土純扭試件、倒L形實腹式型鋼混凝土純扭試件、實腹式型鋼混凝土彎扭試件、角鋼骨架型鋼混凝土彎扭試件、角鋼骨架型鋼混凝土剪扭試件、十字型鋼混凝土柱式試件受扭性能與抗震性能、H型鋼混凝土柱式試件受扭性能與抗震性能、角鋼骨架型鋼混凝土柱式試件受扭性能”的實驗與研究，以及型鋼混凝土復(fù)合受扭構(gòu)件數(shù)值模擬方法的研究。 對比項目申請時規(guī)劃的研究內(nèi)容，增加了扭彎比、縱筋配筋率、剪跨比對受扭性能和抗震性能影響規(guī)律的分析。取消了提高抗震性能構(gòu)造措施的研究，取消了柱式構(gòu)件軸壓比限值的研究，這是因為受實驗設(shè)備加載能力的限制。 （3）取得的成果 取得的成果有：獲得了純扭、剪扭、彎扭、彎剪扭、壓彎剪扭型鋼混凝土構(gòu)件受力全過程的受扭性能和破壞機理；獲取了它們的開裂扭矩、屈服扭矩、極限扭矩及其對應(yīng)的曲率等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。獲得了彎剪扭、壓彎剪扭型鋼混凝土構(gòu)件的抗震性能指標。揭示了軸壓比、扭彎比、混凝土強度、配鋼率、配箍率、縱筋配筋率、剪跨比等設(shè)計參數(shù)對型鋼混凝土構(gòu)件受扭性能和抗震性能的影響規(guī)律。建立了純扭、剪扭、彎扭、彎剪扭、壓彎剪扭型鋼混凝土構(gòu)件的強度計算公式。 對比項目申請時規(guī)劃的論文，目前發(fā)表的論文沒有達到申請書的要求，這主要是由于項目實施過程中受“實驗加載裝置的研發(fā)、實驗量增加、實驗室排隊和重要核心期刊文章發(fā)表周期”四個因素的影響。根據(jù)項目完成的實驗與研究情況，課題組完全能按照國家自然基金委的要求，在課題結(jié)題后的2~3年發(fā)表其余論文，并達到申請書的要求。 新增的成果有：課題組研發(fā)的壓彎剪扭實驗裝置已獲國家實用新型專利，與該實驗裝置配套的實驗方法已申請國家發(fā)明專利。 總體上，項目的完成情況及取得成果已達到申請書的要求。

隨著高層、大跨和重載結(jié)構(gòu)的日益增多，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用日益廣泛。同時工程結(jié)構(gòu)中的框架邊梁、轉(zhuǎn)換層大梁和角柱等構(gòu)件往往受到扭矩作用。但是，國內(nèi)外對扭矩作用下型鋼混凝土構(gòu)件的研究尚處在起步階段，受力機理尚未揭示，我國的兩部設(shè)計規(guī)程也就沒有給出設(shè)計計算方法，研究滯后于工程應(yīng)用。因此，亟需對其受扭問題進行深入系統(tǒng)的研究，提出科學(xué)合理的設(shè)計計算方法，以保證該類結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟性。.本項目擬對型鋼混凝土構(gòu)件在純扭、彎扭、剪扭和壓彎剪扭四種受力狀況下的力學(xué)性能進行試驗研究、理論分析和數(shù)值模擬，揭示其受力機理，建立其強度計算理論和計算公式，分析各設(shè)計參數(shù)對其受扭性能和抗震性能的影響規(guī)律，提出能有效提高其受扭性能和抗震性能的構(gòu)造措施。同時基于結(jié)構(gòu)性態(tài)，確定其在壓彎剪扭共同作用下的軸壓比限值。研究成果可完善型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的計算理論，指導(dǎo)扭矩作用下型鋼混凝土構(gòu)件的設(shè)計計算，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。

中文摘要：爆炸荷載作用下玻璃幕墻的破壞機理涉及到PVB膠片的本構(gòu)關(guān)系、夾層玻璃靜力作用下力學(xué)模型、爆炸沖擊荷載-玻璃流固耦合作用等前沿問題，國內(nèi)外在這些方面的研究還未取得突破性進展。因此課題通過試驗手段建立PVB膠片的本構(gòu)關(guān)系，通過夾層玻璃靜力試驗及數(shù)值模擬，建立與實際受力相符的力學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上進行抗爆炸試驗及數(shù)值模擬的研究分析，對玻璃幕墻在爆炸作用下的破壞機理和性能研究進行研究，為玻璃幕墻的抗爆炸設(shè)計有價值的參考。得到了夾層玻璃PVB膠片在不同溫度及加載速率下的本構(gòu)關(guān)系模型；進行了四邊簡支夾層玻璃的承載力試驗及數(shù)值模擬研究，建立了與實際受力相符的夾層玻璃力學(xué)模型；進行了不同類型玻璃面板在爆炸沖擊荷載作用下的動力響應(yīng)試驗，研究了不同玻璃類型的破壞形式；在試驗的基礎(chǔ)上進行了爆炸荷載作用下玻璃面板動力響應(yīng)的有限元分析，并考慮了不同參數(shù)（玻璃尺寸、厚度）對玻璃面板抗爆性能的影響；采用多物質(zhì)ALE算法進行了了炸藥作用下爆炸的產(chǎn)生以及爆炸沖擊波與玻璃面板結(jié)構(gòu)之間的耦合作用的數(shù)值分析；基于試驗及有限元結(jié)果，提出了爆炸沖擊荷載作用下玻璃幕墻動力響應(yīng)的簡化分析方法。 2100433B

現(xiàn)有關(guān)于玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的研究均集中在靜力荷載作用下的設(shè)計與計算。近年來，發(fā)生了一些爆炸沖擊等偶然荷載作用下的建筑破壞事故，而玻璃幕墻作為建筑的外圍護結(jié)構(gòu)，它的抗爆性能顯得尤為重要。但研究爆炸沖擊荷載作用下的幕墻結(jié)構(gòu)的工作性能涉及沖擊荷載作用下夾層玻璃PVB膠片的本構(gòu)關(guān)系、夾層玻璃的非線性動力分析、玻璃幕墻-沖擊波流固耦合作用等復(fù)雜的基礎(chǔ)問題。本課題是在中央電視臺新臺址大樓玻璃幕墻抗爆炸試驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合抗爆炸試驗和數(shù)值仿真模擬手段，進行玻璃幕墻在抗爆作用下的破壞機理和性能的研究。通過對比爆炸仿真與試驗測量結(jié)果，找出適合玻璃幕墻爆炸仿真的理論方法和關(guān)鍵技術(shù)，對影響玻璃幕墻抗爆炸能力的主要因素和規(guī)律進行分析，找到控制設(shè)計因素及方法，為制訂玻璃幕墻抗爆炸設(shè)計規(guī)范提供理論依據(jù)。通過本課題的研究有望為重大玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的抗爆炸設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)，填補國內(nèi)空白，開始實現(xiàn)我國從幕墻應(yīng)用大國到研究強國的轉(zhuǎn)變。

本項目擬瞄準重大研究計劃重大工程的動力災(zāi)變的總體目標，針對城市高架橋梁、跨海橋梁和深水高墩橋梁等長大橋梁，系統(tǒng)開展強震作用下長大橋梁的災(zāi)變?nèi)^程及控制研究。通過研究復(fù)雜受力條件下材料、構(gòu)件的損傷動力效應(yīng)以及結(jié)構(gòu)的多維非線性動力效應(yīng)，建立材料、構(gòu)件的損傷動力本構(gòu)模型以及結(jié)構(gòu)的多維非線性動力行為模擬模型；通過研究結(jié)構(gòu)－介質(zhì)之間的動力相互作用效應(yīng)，建立多點、多維地震作用下長大橋梁考慮結(jié)構(gòu)－介質(zhì)動力相互作用的非線性地震反應(yīng)分析方法；通過研究長大橋梁在強震作用下的失效破壞機理和破壞倒塌機制，建立長大橋梁強震災(zāi)變?nèi)^程的數(shù)值模擬方法與動態(tài)可視化技術(shù)以及強震災(zāi)變過程控制的理論與方法，再現(xiàn)強震作用下長大橋梁的損傷、破壞和倒塌的災(zāi)變?nèi)^程。為建立基于性態(tài)的長大橋梁抗震設(shè)計及減災(zāi)控制的理論與方法，為全面開展重大工程強震動力災(zāi)變模擬的系統(tǒng)集成，提供堅實的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，因此具有重大的理論意義和工程價值。 2100433B