科技成果

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成果名称: 高温下结构可靠性及连续性倒塌研究

成果登记号: 9612021J0069

第一完成单位: 西安建筑科技大学

联 系 人: 高音

成果类型: 基础理论

应用行业: 建筑业

成果简介:

火灾是威胁建筑结构安全的主要灾害之一,能造成严重的人员伤亡、巨大的经济损失以及恶劣的社会影响,因此建筑材料及结构的高温可靠性研究一直是土木工程防灾减灾研究领域的重要内容,近年来以9·11美国世贸中心倒塌事件、8·12天津滨海新区爆炸等事故为代表的一系列重大灾害事故引起了国内外学者对工程材料高温性能及结构可靠性的广泛关注和重视。

我国在结构抗火领域的研究起步相对较晚,但发展迅速,并在工程结构耐火性能、抗火设计研究等领域取得了丰硕的成果。

结构构件的耐火性能是影响建筑物高温可靠性的关键问题,高温下构件的失效是诱发整体结构连续性倒塌的重要因素,项目团队针对高温荷载作用下建筑结构耐火性进行了较为系统的研究。

主要成果包括: (1) 提出了不同升、降温条件下工程结构构件可靠性的预测和评估准则:基于非线性结构力学和区域分层模拟,结合结构稳定性理论,对自然火灾荷载、剪切粘滞力效应进行了考虑,提出了钢筋混凝土、钢结构和钢管混凝土结构构件高温可靠性的计算模型,对标准升温曲线和自然火等高温荷载件下不同类型的组合结构构件耐火承载力进行了准确预测。

(2) 提出了预测混凝土剪切失效理论模型、梁单元及梁柱节点模型,进而研究连续性倒塌理论模型:研究不同拉拔速率对钢筋混凝土界面粘结力以及钢筋混凝土梁柱节点破坏模式的影响。

并探究界面动态粘结-滑移机理与结构抗连续倒塌性能和破坏模式之间的相互关系。

确定三维三节点协同转动量构型,并构建适用于梁柱截面分布的纤维模型以及基于弹塑性理论的非线性材料模型。

(3) 开发了高温下结构失效模式的评估模型,并建立了结构连续性倒塌动态响应的分析框架:提出了适用于钢框架及混凝土组合结构体系在高温条件下连续性倒塌失效模式评估模型。

基于梁柱有限元及非线性弹簧单元,明确了影响钢框架子组合结构悬链线效应形成的关键设计参数。

基于随机事件的概率模型,研究了钢结构连续性倒塌概率,为钢框架结构体系抗连续性倒塌设计提供了新的理论依据。

基于部件法评估了后张拉连接钢框架抗连续性倒塌过程中的抗力机制,建立了可恢复性量化评估指标。

利用指数衰减函数定量性描述最大动态位移响应的衰减趋势,提出了基于事件法研究火灾下结构连续性倒塌动态响应的模型。

围绕上述研究,该项目研究工作从2000年至今持续21年,相关研究在Engineering Structures,International Journal of Plasticity,Thin-walled Structures,ASCE Journal of Structural Engineering,Journal of Constructional Steel Research等本领域知名国内外SCI期刊发表相关SCI论文50余篇,单篇引用超过60余次。

作国内外学术会议大会报告20余次。

获得陕西省高等学校科学技术一等奖一次,已发表论文被清华大学、同济大学、麻省理工大学、加州伯克利大学、耶鲁大学、美国国家实验室、法国国家科学院、加拿大多伦多大学、日本东北大学、东京大学、早稻田大学、新加坡国立大学、南洋理工大学等大学和研究机构的学者引用。

出版中文专著两部,英文书章5章。