锈蚀钢筋混凝土结构抗连续性倒塌整体可靠度研究

Reinforced concrete structure, as a predominant structural form, plays an important role in the China’s urbanization construction. However, during its service life, the corrosion of reinforcement steel and other problem are inevitable. Meanwhile, the progressive collapse of structures has become an important issue threatening the safety of cities. Therefore, great concern should be given to the progressive collapse of corroded reinforced concrete structures, and in-depth study of its global reliability should be carried out. In this paper, with the corroded reinforced concrete structure as the object of study, a refined and efficient finite element model for the non-linear analysis of corroded concrete structure is created and the progressive collapse resistance of corroded reinforced concrete structure is studied. Besides, the failure mechanism and collapse mechanism of the progressive collapse resistance of structures are revealed, the analysis method for assessing progressive collapse resistance of corroded frame structures is proposed and the method of global reliability based on high-order moment theory is developed. The research results are of great theoretical value for the perfection and development of the design system of progressive collapse resistance of concrete structures and its engineering application.

作为一种主导性的结构形式，钢筋混凝土结构在我国城市化建设中发挥了重要作用，但在服役过程中不可避免存在钢筋锈蚀等问题。同时，结构的连续性倒塌已成为威胁城市安全的重要问题。因此，重视锈蚀钢筋混凝土结构的连续倒塌问题，对其进行深入地可靠度研究，是人们热切关注且必须解决的问题。本项目以锈蚀钢筋混凝土结构为研究对象，建立锈蚀混凝土结构非线性分析的精细化高效模型，研究锈蚀钢筋混凝土结构抗连续倒塌性能，揭示结构抗连续倒塌的破坏机理和倒塌机制，提出锈蚀结构连续倒塌抗力分析方法，并发展基于高阶矩理论的整体可靠度方法。研究成果对于完善和发展混凝土结构抗连续倒塌设计体系和工程应用具有重要的理论价值。

作为一种主导性的结构形式，钢筋混凝土结构在我国城市化建设中发挥了重要作用，但是在服役期内容易遭受爆炸、恐怖袭击、冲击和地震等极端荷载，造成结构及关键构件损伤甚至发生连续倒塌。截至目前，结构倒塌已成为威胁城市安全的重要问题。同时，钢筋混凝土结构在其服役过程中不可避免的存在钢筋锈蚀等问题。由于钢筋混凝土结构连续倒塌力学行为大多呈现强非线性，结构抗倒塌极限状态函数具有多维复杂等特性，且还需要考虑锈蚀等因素的耦合效应，因而导致锈蚀钢筋混凝土结构抗连续倒塌整体可靠度分析难度较大。本项目的主要研究内容有：提出锈蚀钢筋混凝土结构精细化高效有限元方法；开展了锈蚀钢筋混凝土结构抗连续倒塌的机理研究，建立锈蚀钢筋混凝土结构连续倒塌抗力计算模型；发展基于高阶矩法的整体可靠度实用分析方法。通过对上述研究内容的不懈努力，取得了一定的研究进展。开发了适用于钢筋混凝土结构非线性分析的锈蚀钢筋单轴材料本构模型、混凝土锈蚀损伤本构模型以及锈蚀钢筋与混凝土的粘结滑移模型，结合截面离散函数集成了锈蚀钢筋混凝土纤维模型。设计了三组试件进行连续倒塌试验，明晰了结构抗连续倒塌的破坏机理以及梁机制、悬链线机制等倒塌机制的承载力变化原理，基于屈服线理论提出了考虑楼板抗力的结构连续倒塌抗力简化计算模型。通过识别结构连续倒塌的失效模式，建立极限状态函数，提出了基于混沌展开式理论的高效求矩方法，发展了基于高阶矩的结构抗连续倒塌整体可靠度方法。本研究成果对于完善和发展混凝土结构抗连续倒塌设计体系和工程应用具有重要的理论价值。