复杂作用下钢管超高性能混凝土力学性能及设计计算理论研究

Ultra-High Performance Concrete (UHPC), exhibits super-high strength, superior toughness and excellent durability, whilst it has a relative weak plastic performance. The concrete filled in a steel tube can create a triaxial stress state of core concrete with a confining pressure, can achieve a significant improvement in the plastic performance. Ultra-High Performance Concrete Filled steel tube(UHPCFST) is a sustainable and high-performance construction material and structure and is promising in broad application prospect. This project aims at the national demand and intends to deal with three critical scientific problems: i.e., damage evolution mechanism and failure criterion of UHPC under complex actions (complex actions involve uniaxial monotonic loading, cyclic loading, axial loading with different confining pressure, high temperature action, impact and blast loading), confining reinforcing mechanism between steel tube and UHPC, failure mechanism and calculation theory of UHPCFST compression member. The following objectives can be achieved by breaking through the scientific problems: (1) Propose a unified strength theory of UHPC under normal and high temperature; (2) Develop an elasto-plastic damage constitutive relation of UHPC under complex actions. (3) Establish the calculation method of bearing capacity of UHPCFST under static, seismic, fire, impact and blast loadings that forms the critical design theory of UHPCFST. This research can serve as a foundation for the structural design and safe service of UHPCFST structures.

超高性能混凝土具有超高强、高韧性和优异耐久性的优点，但塑性较差。外套钢管使其处于三轴受压状态，大幅度提升其塑性,因此钢管超高性能混凝土是一种具有广阔应用前景的可持续、高性能建筑材料及结构。本项目针对重大土木工程需求，拟解决三个关键科学问题：复杂作用下（包括单轴单调加载、循环加载、不同围压下轴向加载、高温作用以及冲击爆炸加载)超高性能混凝土损伤演化机理及破坏准则、钢管对超高性能混凝土的约束增强机理、钢管超高性能混凝土受压构件破坏机理及计算理论，通过科学问题的突破，达成如下研究目标：（1）提出超高性能混凝土常、高温统一的强度理论；（2）建立复杂作用下超高性能混凝土弹塑性损伤本构关系；（3）提出钢管超高性能混凝土受压构件承载力、抗震承载力及抗火、抗冲击爆炸的设计方法，形成钢管超高性能混凝土关键设计计算理论，为其结构设计和安全使用提供科学依据。

超高性能混凝土(简称UHPC)具有超高强、高韧性和优异耐久性的优点，但塑性较差。外套钢管使其处于三轴受压状态，大幅度提升其塑性,因此钢管超高性能混凝土(简称UHPCFST)是一种具有广阔应用前景的可持续、高性能建筑材料，项目针对重大土木工程结构安全服役的迫切需求，对复杂作用下UHPC的强度理论和本构关系、钢管对UHPC约束机理、UHPCFST构件受力性能开展了系统的研究，取得如下主要成果：.1、揭示了围压、应变率、温度对UHPC基本力学性能的影响规律，阐明了破坏机理；提出了UHPC基本强度表达式及强度转换关系式，实现了常、高温下UHPC基本强度表达式的统一；建立了UHPC的多轴强度准则和高应变率下屈服面模型；.2、揭示了不同围压、应变率、温度下UHPC的损伤演化规律和损伤机制；阐明了复杂受力状态下UHPC强度与变形的变化规律，建立了考虑围压的UHPC应力-应变关系数学表达式；发展了UHPC静、动态弹塑性损伤本构模型；.3、建立了钢管UHPC的宏-细观组合模型以及不同应变率下UHPC细观分析模型，揭示钢管对UHPC的约束增强机理，提出了钢管约束UHPC本构关系；.4、阐明了单调/低周往复荷载下方（圆）形UHPCFST柱的受压工作机理及破坏机理，建立了常温下受压构件正截面承载力计算方法；提出了UHPCFST构件恢复力模型；揭示了标准火灾下不同参数对受压构件耐火性能的影响规律，建立了UHPCFST受压构件的耐火承载力计算方法。阐明了冲击爆炸作用下UHPCFST构件的动力响应并提出了抗爆设计方法。.研究成果形成了UHPCFST关键设计计算理论，为重大工程结构合理设计、性态控制和安全服役奠定坚实的基础。