2021年度湖南省自然科学奖提名公示材料

1、2021年度湖南省自然科学奖提名公示材料一、项目名称：工程结构抗冲击性能与防护设计理论二、提名意见：提名该项目为湖南省自然科学奖三等奖三、项目简介：工程结构服役过程中可能遭受人为或意外的冲击荷载作用（车船、泥石流和浮冰碰撞等），结构可能产生显著的动力响应和非线性大变形，若结构薄弱部位或关键构件失效，可能导致结构整体或局部倒塌，造成生命财产的重大损失。针对当前理论研究的不足，本项目从材料、界面、构件和结构等几个层面对工程结构的抗冲击性能和防护设计理论进行研究，取得了一系列重要的研究成果。主要科学发现包括：（1）建立了车辆碰撞下结构柱的防护设计理论基于精细化有限元分析和实车碰撞试验揭示了车辆与结构

2、柱的碰撞机理，理清了影响车辆撞击力的关键参数，在国际上较早地提出了卡车碰撞的两阶段特性；创造性地提出了卡车与结构柱碰撞的耦合-质量-弹簧-阻尼（CMSD）模型，可准确、高效地计算出车辆撞击力和结构响应，并为今后建立通用的、随机车辆力学模型奠定重要基础；首创了车辆撞击下结构柱反力计算的反应谱方法；提出了一种等效卡车钢架模型，用于对缩尺的结构柱进行室内模拟车辆碰撞试验，为深入研究结构柱的车撞损伤机理奠定试验研究基础。（2）提出了组合结构材料及界面的抗冲击性能预测理论研发了一种新型大尺寸分离式霍普金森压杆和电炉装置，并对高温下钢管混凝土（CFT）材料的冲击力学行为进行了试验研究，揭示了高温、冲击速度

3、和钢材比例等参数对CFT试件力学行为的影响规律，提出了高温下CFT材料动态极限强度的简化计算公式；落锤冲击试验揭示了冲击荷载对GFRP-混凝土界面粘结行为的影响规律，提出了冲击作用下GFRP板-混凝土界面有效粘结长度和极限粘结力的计算方法。（3）探明了FRP增强RC结构的冲击损伤与倒塌机制研究发现了环绕式CFRP布可有效提升RC梁的抗冲击剪切能力，可使构件由剪切破坏转变为延性的弯曲破坏；基于高质量冲击试验数据对CFRP的剪切强度贡献进行了量化分析，提出了CFRP布抗冲击剪切加固的设计建议；提出新型的无粘结CFRP板带对RC框架进行加固，试验结果证明该加固方式可有效避免柱失效后结构进入悬链线阶段

4、，从而起到抗倒塌的作用；提出了一种CFRP板带加固RC框架抗倒塌能力的计算方法。本项目得到国家自然科学基金等项目的资助，成果在Eng Struct、J Struct Eng、Mater Struct、J Bridge Eng和J Compos Constr等本领域TOP期刊上发表并被广泛引用，其中8篇代表作及论文SCI他引77次。相关工作得到国内外院士、国家杰青等团队的充分肯定。四、客观评价：本项目共取得了三项系统性科学发现。8篇代表性论文发表在本领域TOP期刊上，SCI他引77次。引文包括Comps Struct、Eng Struct和Int J impact Eng等著名刊物。本项目成果在

5、国内外相关领域产生了广泛学术影响并得到了高度评价与引用。五、代表作及论文目录序号代表作及论文名称/刊名/作者影响因子年卷页码（xx年xx卷xx页）发表时间（年月 日）通讯作者（含共同）第一作者（含共同）国内作者（排序）知识产权是否归国内所有是否代表作1Reduced Models for Simulating Collisions between Trucks and Bridge Piers/Journal of Bridge Engineering/ Lin Chen, Sherif El-Tawil, Yan Xiao.3.0662016年21卷01016020页2016年2月1日Lin

6、 ChenLin Chen陈林, 肖岩是是2Response Spectrum-based Method for Calculating the Reaction Force of Piers Subjected to Truck Collisions/Engineering Structures/ Lin Chen, Sherif El-Tawil, Yan Xiao4.4712017年150卷852-863页2017年8月5日Lin ChenLin Chen陈林, 肖岩是是3Experimental study on impact behaviour of concrete-filled

7、steel tubes at elevated temperatures up to 800oC/Materials and Structures/Jingsi Huo, Yuanming He and Baisheng Chen3.4282014年47卷第263-283页2013年4月3日Jingsi HuoJingsi Huo霍静思, 何远明, 陈柏生是是4CFRP strip cable retrofit of RC frame for collapse resistance/Journal of Composites for Construction/ T. Liu, Y. Xiao,

8、 J. Yang, B. S. Chen3.9252017年21卷04016067页2016年7月5日Y. XiaoT. Liu刘涛, 肖岩,杨娇, 陈柏生是是5Experimental Study on Dynamic Behavior of GFRP-to-Concrete Interface/Engineering Structures/Jingsi Huo, Jingya Liu, Yuan Lu, Jin Yang, Yan Xiao4.4712016年118卷第371-382页2016年4月16日Jingsi HuoJingsi Huo霍静思, 刘静雅, 卢渊, 杨进, 肖岩是是6

9、Impact Tests of Model RC Columns by an Equivalent Truck Frame/Journal of Structural Engineering/ L. Chen, Y. Xiao, S. El-Tawil3.3122016年142卷04016002页2016年1月6日Y. XiaoL. Chen陈林, 肖岩是否7Impact Behavior of CFRP-Strip Wrapped RC Beams without Stirrups/ Journal of Composites for Construction/T. Liu and Y. X

10、iao3.9252017年21卷04017035页2017年4月25日Y. XiaoT. Liu刘涛, 肖岩是否8防撞柱实车碰撞性能研究/振动与冲击/肖岩, 陈林, 肖果, 陈柏生, 刘春霖1.5112013年32卷第1-6页2013年6月15日肖岩陈林肖岩,陈林,肖果,陈柏生是否六、主要完成人情况序号姓名排名行政职务技术职称工作单位主要完成单位对本项目的贡献1陈林第一系副主任副教授湖南科技大学湖南科技大学负责研究总体方案、制定技术路线和协调项目顺利完成；是第一发现点的主要贡献者，代表性论文1、2、6的第一作者，代表性论文1、2的通讯作者，代表性论文8的第二作者，相关代表性论文见附件1、2、6

11、和8。主要学术贡献包括：（1）揭示了大型卡车碰撞结构柱的作用机理；（2）提出了卡车与结构柱碰撞的耦合-质量-弹簧-阻尼（CMSD）力学模型；（3）建立了车辆撞击下桥墩反力的反应谱计算方法；（4）提出了车辆与结构柱碰撞的模型试验方法。2霍静思第二系主任教授华侨大学华侨大学是第二发现点的主要贡献者，代表性论文3和5的第一作者及通讯作者，相关代表性论文见附件3和5。主要学术贡献包括：（1）揭示了纤维增强复合材料（FRP）-混凝土界面和高温下钢管混凝土（CFT）材料的冲击力学行为；（2）提出了CFT材料动态极限强度、冲击下FRP板-混凝土界面有效粘结长度和粘结力的计算理论；3刘涛第三无讲师湖南科技大学

12、湖南大学是第三发现点的主要贡献者，代表性论文4和7的第一作者，相关代表性论文见附件4和7。主要学术贡献包括：（1）揭示了CFRP布加固无腹筋RC梁冲击剪切破坏机理；（2）探明了无粘结CFRP板加固RC框架的倒塌机制。4陈柏生第四无工程师湖南大学湖南大学对科学发现一、二、三有重要贡献，分别是代表性论文3的第三作者，代表性论文4和8的第四作者，相关代表性论文见附件3、4和8。主要学术贡献包括：（1）研发了新型大尺寸分离式霍普金森压杆和电炉装置，实现对钢管混凝土材料进行高温下的冲击试验研究；（2）参与提出了实车碰撞试验以及空间RC框架结构倒塌试验加载与测量方案。七、主要完成单位情况序号单位名称排名对

13、本项目的贡献1湖南科技大学第一提名项目中3篇代表性论文主要在湖南科技大学完成，自2009年至今陈林副教授研究团队一直从事结构抗冲击研究，湖南科技大学提供了高性能数值仿真工作站和多台高精度的实验仪器，为本项目的实验研究和数值模拟，提供了坚实的实验和后勤保障。本项目湖南科技大学作为第一完成单位，取得了以下重要成果：（1）揭示了大型卡车碰撞结构柱的作用机理，在国际上较早地提出了卡车碰撞的两阶段特性；（2）提出了卡车与结构柱碰撞的耦合-质量-弹簧-阻尼（CMSD）力学模型，可准确、高效地计算出车辆撞击力和结构响应，为今后建立通用的、随机车辆力学模型奠定重要基础；（3）首创了车辆撞击下桥墩反力的反应谱计

14、算方法，为桥墩或其它结构柱的抗车撞设计奠定重要基础；（4）提出了一种等效卡车钢架模型，用于对缩尺的结构柱进行室内模拟车辆碰撞试验，为深入研究结构柱的车撞损伤机理奠定试验研究基础。2湖南大学第二提名项目中重要科学发现二和三的部分工作是在湖南大学完成。本项目开展了工程结构抗冲击性能与防护设计理论研究，湖南大学作为参与完成单位，做出了以下重要贡献：（1）研发了一种新型大尺寸分离式霍普金森压杆和电炉装置，并对高温下钢管混凝土（CFT）材料的冲击力学行为进行了试验研究，揭示了高温、冲击速度和钢材比例等参数对CFT试件力学行为的影响规律，提出了高温下CFT材料动态极限强度的简化计算公式；（2）发现了环绕式CFRP布可有效提升RC梁的抗冲击剪切能力，并基于试验数据对CFRP的剪切强度贡献进行了量化分析，提出了CFRP布抗冲击剪切加固的设计建议；（3）提出了无粘结CFRP板带加固RC框架抗倒塌的新方法，并提出了相关加固设计建议。3华侨大学第三提名项目中重要科学发现二的部分工作是在华侨大学完成。华侨大学提供了多台测试仪器，多款大型数值计算分析软件，为本项目提供了有力支撑。本项目华侨大学作为参与完成单位，做出了以下重要贡献：（1）发现了GFRP板与混凝土界面粘结性为具有明显的应变率效应，并揭示了冲击荷载对GFRP-混凝土界面粘结行为的影响规律；（2）提出了GFRP板-混凝土