钢筋混凝土构件破坏机理与尺寸效应研究

目前，钢筋混凝土结构在我国的土木工程结构中占有极其重要的地位，并且随着材料科学的发展、结构跨度和高度的增加以及结构形式的多样化，使得结构的构件尺寸越来越大、承载能力越来越高、受力越来越复杂。由于受试验研究条件和认识水平的限制，对这些受力复杂的大尺寸、高承载的钢筋混凝土结构构件的真实破坏机理以及力学性能的研究还很不足，更不系统，在对这些大尺寸构件的设计中还只能依据和参考基于小尺寸构件研究成果建立起来的设计理论和方法、公式，这实际上是一种没有坚实科学依据的外推。本课题通过不同尺寸特别是大尺寸钢筋混凝土构件的破坏试验和理论分析，研究其破坏机理，得到钢筋混凝土大尺寸构件的力学性能参数以及覆盖大尺寸的尺寸效应规律，对现行基于小试件研究结果的钢筋混凝土结构设计理论与方法或相关参数提出修正，建立覆盖大尺寸的考虑混凝土尺寸效应的钢筋混凝土结构设计理论与方法，提高大尺寸钢筋混凝土构件的设计科学性和合理性。

通过对不同尺寸特别是大尺寸钢筋混凝土梁、柱及其节点的受弯、受剪、轴压、偏压和抗震性能的试验和理论分析，揭示了其破坏机理，得到了钢筋混凝土大尺寸构件的力学性能参数以及覆盖大尺寸的尺寸效应规律。提出了混凝土破坏过程及宏观力学性能研究的细观单元等效化力学模型，建立了混凝土变形及破坏过程研究的三维细观单元等效化力学模型，更真实、更直观的研究了混凝土材料的内部破坏过程及宏观力学性能。基于混凝土胶凝体与骨料、混凝土与钢筋界面参数和混凝土、约束混凝土材料试件尺寸效应的研究结果，编制了细观层次钢筋混凝土有限元分析程序，对钢筋混凝土构件破坏试验结果以及构件尺寸效应规律进行了数值模拟分析。在试验和理论分析基础上，对现行基于小试件研究结果的钢筋混凝土结构设计理论与方法或相关参数进行了评价，为建立更为科学、合理、可靠的钢筋混凝土结构设计方法奠定了基础。