邓明科:高延性混凝土为土木工程领域注入新活力.pdf

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邓明科:高延性混凝土为土木工程领域注 入新活力 作者:暂无 来源:《科学中国人》 2016 年第 8 期 本刊记者 王 涵 专家简介:邓明科, 西安建筑科技大学土木工程学院教授,博士生导师,混凝土结构教研 室副主任,结构工程学科带头人。同时,兼任中国工程建设标准化协会砌体结构专业委员会委 员、中国土木工程学会纤维混凝土专业委员会委员,2015 年度陕西省青年科技新星,主要研究 方向为新型材料与新型结构体系。累计发表科研论文 60 余篇,获得已授权国家发明专利 20 项, 实用新型专利 20 项,其中 10 项发明专利已实现科技成果转化应用。 混凝土材料是世界上研究最多、应用最广、其他材料所不能替代的主要土木工程材料之一。 高性能混凝土具有高强度、高耐久性、高流动性及高抗渗性等优点,是目前混凝土技术的一个 重要发展方向。但混凝土的抗压强度提高以后,其脆性增大、抗拉和抗剪强度相对较低,导致 结构延性降低,使混凝土材料的应用范围受到很大限制。 如何解决混凝土材料的脆性?西安建筑科技大学土木工程学院邓明科教授多年来一直致力 于这一问题,深入钻研。在其和团队的不懈努力下,如今,这一难题终于得到了解决。2014 年 以来,中央电视台 C C T V10 频道 《探索·发现》栏目、陕西电视台、西安电视台、陕西日报、 西安日报等先后对邓明科团队在高延性混凝土研发与推广应用方面取得的成果进行了跟踪报道。 高延性混凝土:利用材料延性提高结构抗震性能 高延性水泥基复合材料 (E C C)最早由美国Michigan 大学 Victor. C. Li 教授在 1992 年 提出,配制单位体积的 E C C,约 50%的水泥可用粉煤灰、硅灰等工业废料取代。经纤维与活性 掺合料有效复合,不仅强化了混凝土材料的各项关键性能,还大幅度地提高了结构的耐久性和 耐损伤能力,对节约资源和能源,保护生态环境具有重要意义。 2008 年汶川大地震,年仅 29 岁的邓明科作为建设部第一批派往重灾区的抗震救灾专家组 成员之一,现场目睹了成千上万间房屋倒塌破坏所引起的巨大生命与财产损失。之后,他想到 了通过材料性能提升,利用混凝土自身的延性来改善结构抗震性能,并立即开始这项研究。 历经 8 年的不懈努力,邓明科和其团队利用陕西当地的材料资源,经过数百次材料试配、 纤维界面改性和设计参数调整,成功配制出具有高强度、高韧性、高抗裂性能和高耐损伤能力 的高延性混凝土,并系统开展了高延性混凝土抗压韧性、弯曲韧性、抗压强度和尺寸效应的试 验研究。 为实现高延性混凝土制备技术的产业链整合,提高科研工作效率,并快速实现成果转化应 用,邓明科与国内相关企业合作研发,率先攻克了高延性混凝土专用纤维的国产化制备关键技 术。在此基础上,从材料到构件再到结构,系统、全面地开展了高延性混凝土材料及构件的基 本性能研究,将高延性混凝土用于剪力墙连梁、底部塑性铰区、转换大梁、梁柱节点等结构关 键部位,并在高延性混凝土加固砌体结构方面取得了突破性研究成果。 地震灾害是人类面临的最严重的自然灾害之一,汶川地震以后发生的一系列破坏性地震 (如2010 年智利大地震、2011 年东日本大地震)均造成了惨重的人员伤亡和巨大的经济损失。 因此,提高建筑物的抗震能力、减轻地震灾害再次引起工程界的关注。邓明科介绍道,地 震作用下,由于混凝土材料的脆性以及变形能力不足,导致钢筋混凝土框架柱、连梁、剪力墙 等构件容易发生剪切破坏,会造成结构严重损坏甚至发生倒塌。 于是,邓明科提出了“高延性混凝土构件抗剪机理与设计方法研究”课题。从材料延性出 发,利用高延性混凝土的高韧性和高耐损伤能力,针对高延性混凝土“梁、柱、剪力墙”的破 坏形态、延性剪切破坏机理、受剪承载力、非线性分析等关键问题,进行系统的试验研究和理 论分析,为高延性混凝土在抗震结构中的应用和震后免修复设计提供了科学依据。 在该项目中,邓明科课题组首次提出了基于材料延性的高延性混凝土构件抗剪承载力计算 方法、非线性分析模型、延性剪切破坏模式和基于材料延性的剪切变形能力设计方法等,取得 了多项创新和突破。 加固技术:实现国内首例唐墓壁画整体搬迁 2014 年,位于西安郭新庄的考古重大发现——唐代名相韩休夫妇合葬墓,内有朱雀图、山 水图和乐舞图三幅壁画,是迄今为止发现的唯一一幅唐代大幅独屏山水壁画。为对壁画更好地 进行保护研究,陕西历史博物馆决定对壁画进行整体搬迁。而长期从事高延性混凝土加固砌体 结构理论与方法研究的邓明科,正是韩休墓壁画加固工作的总负

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