複雜受力混凝土結構設計理論與方法研究

《複雜受力混凝土結構設計理論與方法研究》是依託湖南大學，由易偉建擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：複雜受力混凝土結構設計理論與方法研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：易偉建
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

混凝土結構是現代工程結構的主要形式，其基本技術框架已形成，但結構體系的複雜化仍要求新的理論和技術支持。目前的理論研究還不是十分完善，現行的混凝土結構設計規範的相關引導也不充分。本項目以複雜受力混凝土結構為主要對象，包括開洞深梁、牛腿、樁基承台、基礎板柱節點等，利用數字散斑動態應變測量、應變栓釘、智慧型混凝土骨料以及分散式光纖應變測試等現代測試技術，研究二維和三維混凝土結構中具有局部受力特徵的剪下、沖切、非均勻約束、累積損傷、反覆荷載效應等關鍵科學技術問題，探究複雜應力狀態下混凝土結構的破壞本質以及鋼筋與混凝土相互作用機理。採用非線性有限元分析、非線性應力場演化分析和考慮混凝土彈塑性本構關係的拓撲最佳化方法，統一應力場模型和壓桿-拉桿模型。考慮失效模式、破壞機理，對複雜受力混凝土結構進行基於應力路徑的失效機率分析，在基於性能設計框架內，完善複雜受力混凝土結構的設計理論和方法。

結題摘要

本項目對鋼筋混凝土深梁、變截面懸臂樑（牛腿）、板柱節點、剪力牆、淺梁、厚板、結構柱（彎剪破壞）等複雜應力結構的設計理論與方法進行了深入系統的研究，取得了一系列有創新意義和套用前景的研究成果： 1．提出考慮裂縫影響的壓桿-拉桿模型 (STM)，能夠較好的解決鋼筋混凝土深梁的受剪承載力計算問題，經試驗研究發現深梁受剪尺寸效應規律，提出一個折減係數使傳統STM能夠考慮梁高尺寸效應。提出衝擊荷載作用下鋼筋混凝土梁的受剪破壞機理模型和簡化計算方法；基於建立的國內外受剪試驗資料庫，對我國規範公式校準；掌握複雜應力狀態下樑的剪下受力特性，澄清剪下失效機理； 2．發現鋼筋混凝土板柱節點沖切受力行為的空間結構整體受力的特點，建立沖切破壞機理模型；建立國內外沖切試驗數據資料庫，提出受沖切承載力計算的經驗公式。提出板柱結構防連續倒塌的構造設計建議，提出沖切破壞後承載力的計算模型及計算方法； 3．利用ATENA、ABAQUS等軟體開展有限元分析，系統地揭示了複雜受力混凝土結構從整體（荷載-撓度曲線）到局部（裂縫和應力分布）的非線性性能，合理解釋了深梁受力及尺寸效應、變截面懸臂樑、板柱節點、彎剪破壞柱等結構構件的破壞機理； 4．提出基於分離式模型和非線性分析結果的遺傳演化算法（GESO），適用於（開洞）深梁、（開洞）剪力牆等複雜應力構件的配筋最佳化計算； 5．提出確定複雜鋼筋混凝土框架結構整體穩固性的不規則指標，用以幫助快速識別混凝土框架結構的最嚴重撤柱位置，包括規則的、階梯型的、以及具有底部大空間的不規則結構，並採用敏感性分析進一步驗證了不規則指標的可靠性； 6．提出非均勻粘結應力模型及相應的計算方法。發現了彎剪破壞柱在反覆荷載下的整體變形特點及不同變形分量對柱抗震性能的影響，建立基於變形分量剛度損傷指標，可準確判斷試驗柱的最終破壞模式。 本項目的研究成果豐碩，具有創新性，有助於進一步完善混凝土結構設計理論體系，並可作為完善我國相關規範的參考依據。