技術(shù)
趙國藩 教授
技術(shù)科學(xué)獎
1999年
趙國藩? 土木工程專家。1925年1月9日生于山西汾陽。 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，趙國藩在科研、教學(xué)和工程建設(shè)第一線,在工程結(jié)構(gòu)可靠度、混凝土材料力學(xué)性能和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計基本理論方面有深厚的造詣，完成多項國家重點攻關(guān)項目的有關(guān)專題，其成果中有多項被工程結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范采用，或直接用于工程實踐，在國內(nèi)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家。
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一、工程結(jié)構(gòu)可靠度理論與結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范
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50年代，趙國藩在國內(nèi)最早發(fā)表論文和著作《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)按照極限狀態(tài)計算》，系統(tǒng)介紹并發(fā)展了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)設(shè)計法。60年代初,發(fā)表國內(nèi)最早用一次二階矩法分析結(jié)構(gòu)安全系數(shù)的論文。70年代，與人合編了水電部《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》和交通部《港口工程混凝土及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，分別獲1985年國家科技進步獎三等獎和 1988年交通部科技進步獎二等獎。80年代，系統(tǒng)開展了工程結(jié)構(gòu)可靠度理論與應(yīng)用的研究，提出的結(jié)構(gòu)可靠度實用分析法被多種著作收錄，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)專業(yè)國家標準采用。l984年出版了我國第一部結(jié)構(gòu)可靠度方面的著作《工程結(jié)構(gòu)可靠度》，1997年被評定為“國際同類著作的先進水平”，l998年獲遼寧省科技進步獎二等獎。
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自1985 年起，趙國藩專題組先后提出廣義隨機空間內(nèi)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(jié)構(gòu)體系可靠度分析方法及同時考慮模糊性和隨機性的可靠度分析統(tǒng)一模型，將模糊學(xué)方法用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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，趙國藩領(lǐng)導(dǎo)專題組研究提出了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工期可靠度的分析方法、考慮抗力隨時間變化的可靠度分析方法及原始隨機空間內(nèi)的可靠度分析方法；對于難度很大的知識不完善性問題，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年國家科技進步獎二等獎。1996年出版專著《工程結(jié)構(gòu)可靠性理論與應(yīng)用》。
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二、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制研究
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自1954年起，結(jié)合國家工程規(guī)范的編制任務(wù)，趙國藩專題組參加了對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)原因及結(jié)構(gòu)使用性能影響的兩次國內(nèi)大規(guī)模工程調(diào)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(gòu)件以及預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件、輕骨料混凝土構(gòu)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個專業(yè)規(guī)范修訂時，在裂縫控制計算方面，仍繼續(xù)肯定了趙國藩專題組的研究成果，并予以沿用。 1991年主編了專著《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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，趙國藩專題組在國內(nèi)率先開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(yīng)方面，結(jié)合以東風拱壩( 亞洲最薄的高拱壩 ) 為背景的國家“七五”攻關(guān)專題“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(xiàn)了混凝土高( 厚 )度超過 2M 時，斷裂韌度不隨尺寸變化的規(guī)律，排除了大體積混凝土結(jié)構(gòu)尺寸效應(yīng)的干擾，證實了線彈性斷裂力學(xué)可應(yīng)用于大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫評定；提出了簡單實用的混凝土雙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步獎一等獎，1992 年國家科技進步獎二等獎。在混凝土斷裂韌度的概率模型方面，通過對大量混凝土斷裂韌度試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，提出了混凝土斷裂韌度的概率模型。其成果獲1988 年國家教委科技進步獎二等獎。
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在混凝土 - 復(fù)合型及動態(tài)斷裂特性方面,結(jié)合以二灘拱壩為依托的 “八五” 重點攻關(guān)專題“高拱壩建設(shè)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，建立了簡便實用的 - 復(fù)合型斷裂準則和動態(tài)疲勞斷裂準則。其成果獲1996年國家教委科技進步獎二等獎，1999年國家科技進步獎三等獎。
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四、鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)基本理論與應(yīng)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，自1983年起，趙國藩專題組開展了鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)的研究。在鋼纖維混凝土增強機理方面，統(tǒng)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(nèi)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(jié)強度和受壓彈性模量的標準實驗方法，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(jié)構(gòu)設(shè)計理論方面，提出鋼纖維混凝土強度設(shè)計指標的確定方法，不配筋鋼纖維混凝土受壓受彎構(gòu)件、配筋鋼纖維混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計方法；提出了鋼纖維鋼筋混凝土板柱節(jié)點抗沖切的強度計算公式。其成果獲1998年教育部科技進步獎一等獎。
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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，趙國藩專題組開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(yīng)變空間內(nèi)的破壞準則，發(fā)現(xiàn)了輕骨料混凝土破壞時的平臺流塑現(xiàn)象，建立了適用于不同混凝土材料的強度準則和內(nèi)時損傷本構(gòu)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(jié)滑移模型，編制了適用于多種混凝土的非線性有限元分析程序。結(jié)合以二灘拱壩為應(yīng)用背景的“七五”重點攻關(guān)專題“水電工程筑壩技術(shù)-高拱壩體型優(yōu)化及結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究”的子題，建立了混凝土彈塑性狀態(tài)下平面應(yīng)力與平面應(yīng)變問題之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系；將內(nèi)時理論與損傷力學(xué)相結(jié)合，提出便于工程應(yīng)用的本構(gòu)模型。其成果獲1991 年能源部電力科技進步獎一等獎。在結(jié)合“八五”重點攻關(guān)專題“高拱壩建設(shè)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的粘彈性損傷動態(tài)本構(gòu)模型和循環(huán)荷載的加載、卸載過程線的表達式。通過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(yīng)的主應(yīng)力空間和八面體應(yīng)力空間的雙軸拉壓狀態(tài)下的破壞準則，研制出混凝土宏觀力學(xué)性能的計算機模擬系統(tǒng)。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年國家科技進步獎三等獎和1993年國家教委科技進步獎二等獎。
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結(jié)合以普定碾壓混凝土拱壩為背景的國家“八五”重點攻關(guān)專題“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(nèi)時損傷本構(gòu)模型，為設(shè)計提供了依據(jù)。其成果獲1996年電力部科技進步獎一等獎，1998年國家科技進步獎一等獎。
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趙國藩專題組還結(jié)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(chǔ)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(jié)問題，提出了粘結(jié)面粗糙度、新混凝土強度等對新老混凝土粘結(jié)性能的影響規(guī)律。
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六、混凝土結(jié)構(gòu)新材料、新結(jié)構(gòu)形式有關(guān)專題的研究
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趙國藩在不斷開拓新研究領(lǐng)域的過程中，還注意與工程應(yīng)用密切結(jié)合，研究新材料和新工藝的結(jié)構(gòu)。在預(yù)應(yīng)力混凝土方面，結(jié)合交通部“七五”攻關(guān)專題“大直徑預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管樁連片式碼頭結(jié)構(gòu)技術(shù)開發(fā)”項目，提出預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強度、剛度、裂縫寬度、可靠度等系列的設(shè)計計算方法，作為港口工程的首例，應(yīng)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(shè)部工程建設(shè)國家規(guī)范重點項目課題“預(yù)應(yīng)力混凝士結(jié)構(gòu)設(shè)計基本問題的研究”，獲1998年國家科技進步獎二等獎。在高強混凝士方面,通過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(qū)復(fù)合箍筋的最小配箍率，并開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(shè)部科技進步獎二等獎。在異形柱框架結(jié)構(gòu)方面，提出了異形柱框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法；在底部框支組合墻結(jié)構(gòu)研究方面，通過對橫向、縱向框墻梁的受力狀態(tài)進行試驗和非線性有限元分析，提出了簡化設(shè)計計算方法、構(gòu)造措施和設(shè)計建議；對“冷軋帶肋鋼筋用作鋼筋的研究開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)”進行了研究，提出了相應(yīng)的設(shè)計計算方法。