[01174600]钢管被动约束下混凝土的本构关系模型

该项目属于土木建筑工程领域。 钢管混凝土是一种组合结构,准确掌握钢管及其核心混凝土间的约束效应、确定钢管约束下其核心混凝土的本构关系模型是该领域的基础性难题。在国家杰出青年科学基金等课题的资助下,该项目构建了完整的基于“约束效应”的受钢管约束的核心混凝土通用性本构关系模型,奠定了多种截面的钢管混凝土结构在压（拉）、弯、扭、剪及复合受力、短期和长期荷载、地震和火灾等多因素耦合作用下精细化模拟的理论基础,为新截面形状、新截面组成及新核心混凝土材料提供了外延式理论基础,也使复杂钢管混凝土结构的精确分析与合理设计成为可能。该项目的主要科学发现和贡献如下： （1）揭示了钢管混凝土受力全过程中核心混凝土所具有的被动约束效应的变化规律。定义了钢管混凝土“约束效应系数”,实现了不同截面形状的钢管混凝土在多种受力模式及多灾害（耦合）作用下被动约束效应的通用性数学表达;提出了以约束效应系数为基本变量的核心混凝土应力-应变关系的关键力学指标的计算方法。曾庆元院士、沈祖炎院士、欧进萍院士、美国S. P. Shah院士等称“理论上取得了重大进展”,“概念非常清楚”,“取得了显著的成就”,“提出的模型被广泛应用”。 （2）揭示了短期、长期和反复荷载作用对核心混凝土被动约束效应的影响规律。明晰了反复荷载下核心混凝土的卸载刚度退化与软化特征,建立了可综合考虑短期、长期和反复荷载作用下核心混凝土的应力-应变关系模型。沈祖炎院士、周绪红院士、聂建国院士、新加坡J.Y.R. Liew院士等评价模型“是目前最通用的方法”,“与试验吻合良好”,具有“适用性”和“实用性”。 （3）揭示了“荷载-温度-时间”耦合作用对核心混凝土被动约束效应的影响规律。明晰了三参数耦合作用下核心混凝土的力学性能及损伤机理,建立了可综合考虑升、降温影响的高温下/后核心混凝土应力-应变关系模型。美国S.P. Shah院士、领域权威期刊主编L.A. Bisby教授等认为该模型是“恰当的”、目前“唯一可用的”。 10篇代表作被中、美、英、日等32个国家或地区（WOS数据库）学者他引5197次（SCI他引634次）。成果被12位中国科学院/工程院院士,9位美、英和加拿大院士及国际ASCCS学会主席、国际权威期刊主编等多位知名学者高度评价。应邀在领域系列国际学术会议上做特邀报告14次。 提出的核心混凝土本构模型是目前钢管混凝土领域中被最广泛采用的模型,被直接采纳691次,并被拓展应用至40多类组合构件与体系中。基于约束效应系数的钢管混凝土结构设计理论被4部国家标准、7部行业标准、12部地方标准及19部学术专著/教材采用。 该项成果为重大钢管混凝土工程结构的精细化分析和计算提供了理论基础,被直接应用于多个标志性超高层建筑、高耸结构、特大型桥梁、电力塔架及地下结构等的设计中,如北京中国尊（8度抗震设防区世界最高楼）、广州新电视塔（世界最高钢管混凝土电视塔）、浙江舟山大跨越塔（世界最高输电塔）、四川腊八斤特大桥（世界最高分幅式钢管混凝土叠合桥墩）等。