《鋼筋混凝土結構極端地震倒塌分析本構關係試驗研究》是依託河海大學，由吳勝興擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鋼筋混凝土結構極端地震倒塌分析本構關係試驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳勝興
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
全球範圍極端地震頻發所帶來的建築物倒塌引起的人員傷亡和城市生命線破壞及相應的次生災害，已經越來越受到人們的關注和重視。採用數值模擬技術研究工程結構的倒塌過程並探明工程結構的倒塌機制和機理，是保障建築物在極端地震作用下安全的重要手段之一。在極端地震條件下，重大工程結構精細數值模擬離不開材料複雜非線性的動力特性，尤其是考慮材料軟化（全曲線）、載入速率、接觸界面特性。本項目擬開展混凝土、鋼筋、鋼筋-混凝土界面動態本構關係（全曲線）試驗技術研究，進行相關材料動態試驗研究，建立以試驗為基礎的考慮應變率（10-6 s-1～10-2 s-1）、載入制度（衝擊型和三角波）和初始靜載（0%、40%、80%、100%）影響的動態本構模型（全曲線）。本項目原創性基礎試驗成果將為揭示極端地震作用下鋼筋混凝土結構的損傷破壞演化過程、損傷機理和破壞倒塌機制以及抗極端地震設計提供理論基礎和科學依據。
結題摘要
針對全球範圍極端地震頻發所帶來的建築物倒塌所引起的人員傷亡和城市生命線破壞及相應的次生災害等問題，本項目採用數值模擬技術研究工程結構的倒塌過程並探明工程結構的倒塌機制和機理。材料複雜非線性動力特性，尤其是材料軟化、載入速率、接觸界面特性是研究極端地震條件下工程結構數值模擬的基礎。本項目開展了混凝土、鋼筋及鋼筋-混凝土界面靜動態全曲線試驗技術、動態本構關係、動態力學特性率效應和主要影響因素的試驗研究。試驗結果表明混凝土材料具有率效應敏感性，動態強度提高因子(DIF)受應變率、初始靜載、養護條件、含水率、水灰比等因素的影響，建立了基於上述影響因素的DIF 模型。由於高應變率下鋼筋與混凝土粘結性能試驗難以實施，基於SHPB試驗系統，本項目開發了一套鋼筋與混凝土動態粘結性能試驗載入裝置，進行了對試件的衝擊載入，成功採集了載入過程中荷載和位移數據，實現高應變率下的鋼筋與混凝土粘結性能試驗。在高粘結應力率段內，隨著載入速率的增大，相同滑移量下粘結應力有不斷升高的趨勢，而極限粘結強度對應的滑移量逐漸減小。基於高應變率下鋼筋混凝土粘結滑移試驗數據建立了考慮載入速率影響的粘結滑移本構關係。基於上述試驗結果建立了考慮應變率（10-6s-1-10-2s-1）、載入制度（衝擊型和三角波）和初始靜載（0、40%、80%、100%）的混凝土、鋼筋、鋼筋-混凝土界面本構模型。基於ANSYS/LS-DYNA顯式動力有限元軟體，對鋼筋混凝土平面、空間框架進行爆炸荷載作用下的數值模擬，通過結構的動態回響研究了失效構件位置、配筋方式、鋼筋連線方式、配筋率、炸藥距離等參數對結構整體連續倒塌行為的影響。基於“降機率——隔危險——抗倒塌”的理念，從建築安全管理、建築規劃、建築等級劃分、概念措施、計算方法、構件防護等方面逐一入手介紹，建議了鋼筋混凝土框架結構的防連續倒塌實用設計方法。本項目原創性試驗結果為揭示極端地震作用下鋼筋混凝土結構的損傷破壞演化過程、損傷機理和破壞倒塌機制以及抗極端地震設計提供理論基礎和科學依據。
