技術(shù)
趙國藩 教授
技術(shù)科學(xué)獎
1999年
趙國藩? 土木工程專(zhuān)家。1925年1月9日生于山西汾陽(yáng)。 1949 年上海交通大學(xué)土木系畢業(yè)后任蘭州大學(xué)水利系助教。 1950年起歷任大連理工大學(xué) ( 原大連工學(xué)院 )土木系助教、水利系講師，1978年任土木系教授。1997年當選為中國工程院院士。
50年來(lái)，趙國藩在科研、教學(xué)和工程建設第一線(xiàn),在工程結構可靠度、混凝土材料力學(xué)性能和鋼筋混凝土結構設計基本理論方面有深厚的造詣，完成多項國家重點(diǎn)攻關(guān)項目的有關(guān)專(zhuān)題，其成果中有多項被工程結構設計規范采用，或直接用于工程實(shí)踐，在國內士木、水利、建筑工程領(lǐng)域有廣泛影響，是一位成就突出的土木工程專(zhuān)家。
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一、工程結構可靠度理論與結構設計規范
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50年代，趙國藩在國內最早發(fā)表論文和著(zhù)作《鋼筋混凝土結構按照極限狀態(tài)計算》，系統介紹并發(fā)展了鋼筋混凝土結構的極限狀態(tài)設計法。60年代初,發(fā)表國內最早用一次二階矩法分析結構安全系數的論文。70年代，與人合編了水電部《水工鋼筋混凝土結構設計規范》和交通部《港口工程混凝土及鋼筋混凝土結構設計規范》，分別獲1985年國家科技進(jìn)步獎三等獎和 1988年交通部科技進(jìn)步獎二等獎。80年代，系統開(kāi)展了工程結構可靠度理論與應用的研究，提出的結構可靠度實(shí)用分析法被多種著(zhù)作收錄，提出的抗力比值分析法和荷載極大值分析法分別被我國水利水電、鐵路、水工有關(guān)專(zhuān)業(yè)國家標準采用。l984年出版了我國第一部結構可靠度方面的著(zhù)作《工程結構可靠度》，1997年被評定為“國際同類(lèi)著(zhù)作的先進(jìn)水平”，l998年獲遼寧省科技進(jìn)步獎二等獎。
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自1985 年起，趙國藩專(zhuān)題組先后提出廣義隨機空間內可靠度的一次二階矩方法、二次二階矩方法、二次四階矩方法、結構體系可靠度分析方法及同時(shí)考慮模糊性和隨機性的可靠度分析統一模型，將模糊學(xué)方法用于鋼筋混凝土結構正常使用極限狀態(tài)的可靠度分析，并提出模糊變量的當量隨機化方法。此成果獲1990年國家教委科技進(jìn)步獎二等獎和聯(lián)合國TIPS發(fā)明創(chuàng )新科技之星獎。
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90年代以來(lái)，趙國藩領(lǐng)導專(zhuān)題組研究提出了鋼筋混凝土結構施工期可靠度的分析方法、考慮抗力隨時(shí)間變化的可靠度分析方法及原始隨機空間內的可靠度分析方法；對于難度很大的知識不完善性問(wèn)題，借鑒“人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )”和“生存分析”等新方法，作了富有探索意義的研究。其成果獲1998年國家科技進(jìn)步獎二等獎。1996年出版專(zhuān)著(zhù)《工程結構可靠性理論與應用》。
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二、鋼筋混凝土結構的裂縫控制研究
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自1954年起，結合國家工程規范的編制任務(wù)，趙國藩專(zhuān)題組參加了對鋼筋混凝土結構裂縫出現原因及結構使用性能影響的兩次國內大規模工程調查，提出了與國外方法不同的矩形、 T 形、倒T形、環(huán)形、圓形鋼筋混凝土構件以及預應力混凝土構件、輕骨料混凝土構件抗裂度及裂縫寬度的計算方法，由于提出的裂縫控制計算方法簡(jiǎn)便，并有大量試驗資料的驗證，分別被我國70年代的有關(guān)專(zhuān)業(yè)國家標準、水利電力部標準和交通部標準采用。 80-90 年代，上述4個(gè)專(zhuān)業(yè)規范修訂時(shí)，在裂縫控制計算方面，仍繼續肯定了趙國藩專(zhuān)題組的研究成果，并予以沿用。 1991年主編了專(zhuān)著(zhù)《鋼筋混凝土結構的裂縫控制》。其成果獲1986年國家教委優(yōu)秀科技成果獎，l988年國家教委科技進(jìn)步獎二等獎。
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三、混凝土斷裂力學(xué)研究
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自80年代起，趙國藩專(zhuān)題組在國內率先開(kāi)展了混凝土斷裂力學(xué)的研究。在混凝土斷裂韌度的尺寸效應方面，結合以東風(fēng)拱壩( 亞洲最薄的高拱壩 ) 為背景的國家“七五”攻關(guān)專(zhuān)題“水電工程筑壩技術(shù)--高混凝土壩的裂縫及其防治”的子題和水利水電基金項目，通過(guò)對兩種特大型大骨料混凝土試件的試驗研究和理論分析，發(fā)現了混凝土高( 厚 )度超過(guò) 2M 時(shí)，斷裂韌度不隨尺寸變化的規律，排除了大體積混凝土結構尺寸效應的干擾，證實(shí)了線(xiàn)彈性斷裂力學(xué)可應用于大體積混凝土結構的裂縫評定；提出了簡(jiǎn)單實(shí)用的混凝土雙K斷裂準則；提出用楔入劈拉法作為測定混凝土斷裂能和斷裂韌度試驗標準的建議。此成果獲1991年能源部電力科技進(jìn)步獎一等獎，1992 年國家科技進(jìn)步獎二等獎。在混凝土斷裂韌度的概率模型方面，通過(guò)對大量混凝土斷裂韌度試驗數據的統計分析，提出了混凝土斷裂韌度的概率模型。其成果獲1988 年國家教委科技進(jìn)步獎二等獎。
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在混凝土 - 復合型及動(dòng)態(tài)斷裂特性方面,結合以二灘拱壩為依托的 “八五” 重點(diǎn)攻關(guān)專(zhuān)題“高拱壩建設關(guān)鍵技術(shù)-高強度大體積混凝土材料特性的研究”的子題，提出了由等效裂縫模型計算混凝土等效斷裂韌度的方法，建立了簡(jiǎn)便實(shí)用的 - 復合型斷裂準則和動(dòng)態(tài)疲勞斷裂準則。其成果獲1996年國家教委科技進(jìn)步獎二等獎，1999年國家科技進(jìn)步獎三等獎。
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四、鋼纖維混凝土結構基本理論與應用研究
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為克服混凝土抗拉強度低和脆性高的缺點(diǎn)，自1983年起，趙國藩專(zhuān)題組開(kāi)展了鋼纖維混凝土結構的研究。在鋼纖維混凝土增強機理方面，統一了纖維混凝土增強的纖維間距理論和混合律理論，提出了與以往國內外表達形式不同的抗拉和抗折強度計算公式，提出了鋼纖維混凝土軸心抗壓、立方體抗壓、抗拉、抗剪、鋼筋粘結強度和受壓彈性模量的標準實(shí)驗方法，提出了與普通混凝土相銜接的兩級配鋼纖維混凝土疲勞方程。在鋼纖維混凝土結構設計理論方面，提出鋼纖維混凝土強度設計指標的確定方法，不配筋鋼纖維混凝土受壓受彎構件、配筋鋼纖維混凝土構件正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)的設計方法；提出了鋼纖維鋼筋混凝土板柱節點(diǎn)抗沖切的強度計算公式。其成果獲1998年教育部科技進(jìn)步獎一等獎。
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五、混凝土強度理論與鋼筋混凝土有限元研究
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80年代，趙國藩專(zhuān)題組開(kāi)展了混凝土強度理論和鋼筋混凝土有限元分析方法的研究。在混凝土強度理論方面，提出混凝土在應變空間內的破壞準則，發(fā)現了輕骨料混凝土破壞時(shí)的平臺流塑現象，建立了適用于不同混凝土材料的強度準則和內時(shí)損傷本構模型。在鋼筋混凝土有限元方面，建立了適用于國產(chǎn)鋼筋特性的粘結滑移模型，編制了適用于多種混凝土的非線(xiàn)性有限元分析程序。結合以二灘拱壩為應用背景的“七五”重點(diǎn)攻關(guān)專(zhuān)題“水電工程筑壩技術(shù)-高拱壩體型優(yōu)化及結構設計的研究”的子題，建立了混凝土彈塑性狀態(tài)下平面應力與平面應變問(wèn)題之間的轉換關(guān)系；將內時(shí)理論與損傷力學(xué)相結合，提出便于工程應用的本構模型。其成果獲1991 年能源部電力科技進(jìn)步獎一等獎。在結合“八五”重點(diǎn)攻關(guān)專(zhuān)題“高拱壩建設關(guān)鍵技術(shù)--高強度大體積混凝土材料特性研究”的兩項子題中，提出了粘彈性和損傷滯后理論，建立了拉伸和壓縮時(shí)的粘彈性損傷動(dòng)態(tài)本構模型和循環(huán)荷載的加載、卸載過(guò)程線(xiàn)的表達式。通過(guò)對全級配大尺寸試件和濕篩小尺寸試件在雙軸拉壓狀態(tài)下強度和變形的試驗，提出了綜合考慮試件尺寸效應的主應力空間和八面體應力空間的雙軸拉壓狀態(tài)下的破壞準則，研制出混凝土宏觀(guān)力學(xué)性能的計算機模擬系統。其成果獲1996年國家計委、科委、財政部國家科技攻關(guān)重大科技成果獎，1998年國家科技進(jìn)步獎三等獎和1993年國家教委科技進(jìn)步獎二等獎。
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結合以普定碾壓混凝土拱壩為背景的國家“八五”重點(diǎn)攻關(guān)專(zhuān)題“普定碾壓混凝土拱壩筑壩新技術(shù)研究”的子題，建立了普定拱壩碾壓混凝土在拉剪、拉壓剪、壓壓剪多軸受力狀態(tài)下的本體和層面的破壞準則和內時(shí)損傷本構模型，為設計提供了依據。其成果獲1996年電力部科技進(jìn)步獎一等獎，1998年國家科技進(jìn)步獎一等獎。
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趙國藩專(zhuān)題組還結合國家攀登計劃項目“重大土木及水利工程安全性與耐久性的基礎研究 ”的子題和國家自然科學(xué)基金項目，利用分維幾何理論研究新老混凝土粘結問(wèn)題，提出了粘結面粗糙度、新混凝土強度等對新老混凝土粘結性能的影響規律。
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六、混凝土結構新材料、新結構形式有關(guān)專(zhuān)題的研究
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趙國藩在不斷開(kāi)拓新研究領(lǐng)域的過(guò)程中，還注意與工程應用密切結合，研究新材料和新工藝的結構。在預應力混凝土方面，結合交通部“七五”攻關(guān)專(zhuān)題“大直徑預應力鋼筋混凝土管樁連片式碼頭結構技術(shù)開(kāi)發(fā)”項目，提出預應力鋼筋混凝土結構強度、剛度、裂縫寬度、可靠度等系列的設計計算方法，作為港口工程的首例，應用于武漢紅鋼城多用途碼頭工程，獲 1991年交通部“七五”攻關(guān)成果獎一等獎；參加的建設部工程建設國家規范重點(diǎn)項目課題“預應力混凝士結構設計基本問(wèn)題的研究”，獲1998年國家科技進(jìn)步獎二等獎。在高強混凝士方面,通過(guò)試驗研究給出考慮地震作用的高強混凝土框架柱的軸壓比限值，提出C60混凝土框架柱加密區復合箍筋的最小配箍率，并開(kāi)展了以鋼管為核心的混凝土柱的試驗研究，其成果獲 1998年建設部科技進(jìn)步獎二等獎。在異形柱框架結構方面，提出了異形柱框架結構的設計方法；在底部框支組合墻結構研究方面，通過(guò)對橫向、縱向框墻梁的受力狀態(tài)進(jìn)行試驗和非線(xiàn)性有限元分析，提出了簡(jiǎn)化設計計算方法、構造措施和設計建議；對“冷軋帶肋鋼筋用作鋼筋的研究開(kāi)發(fā)與應用技術(shù)”進(jìn)行了研究，提出了相應的設計計算方法。