技術(shù)
趙國(guó)藩 教授
技術(shù)科學(xué)獎(jiǎng)
1999年
趙國(guó)藩? 土木工程專家。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(dāng)選為中國(guó)工程院院士。
50年來(lái)，趙國(guó)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(jì)基本理論方面有深厚的造詣，完成多項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目的有關(guān)專題，其成果中有多項(xiàng)被工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范采用，或直接用于工程實(shí)踐，在國(guó)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(jì)規(guī)范
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50年代，趙國(guó)藩在國(guó)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(jì)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(jì)法。60年代初,發(fā)表國(guó)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(jì)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(jì)規(guī)范》，分別獲1985年國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)和 1988年交通部科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。80年代，系統(tǒng)開(kāi)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(shí)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(guó)水利水電、鐵路、水工有關(guān)專業(yè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采用。l984年出版了我國(guó)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(píng)定為“國(guó)際同類著作的先進(jìn)水平”，l998年獲遼寧省科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
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自1985 年起，趙國(guó)藩專題組先后提出廣義隨機(jī)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(shí)考慮模糊性和隨機(jī)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(dāng)量隨機(jī)化方法。此成果獲1990年國(guó)家教委科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)和聯(lián)合國(guó)TIPS發(fā)明創(chuàng)新科技之星獎(jiǎng)。
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90年代以來(lái)，趙國(guó)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(shí)間變化的可靠度分析方法及原始隨機(jī)空間內(nèi)的可靠度分析方法；對(duì)于難度很大的知識(shí)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(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。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(guó)家工程規(guī)范的編制任務(wù)，趙國(guó)藩專題組參加了對(duì)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(guó)內(nèi)大規(guī)模工程調(diào)查，提出了與國(guó)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(jì)算方法，由于提出的裂縫控制計(jì)算方法簡(jiǎn)便，并有大量試驗(yàn)資料的驗(yàn)證，分別被我國(guó)70年代的有關(guān)專業(yè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、水利電力部標(biāo)準(zhǔn)和交通部標(biāo)準(zhǔn)采用。 80-90 年代，上述4個(gè)專業(yè)規(guī)范修訂時(shí)，在裂縫控制計(jì)算方面，仍繼續(xù)肯定了趙國(guó)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(guó)家教委優(yōu)秀科技成果獎(jiǎng)，l988年國(guó)家教委科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
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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(guó)藩專題組在國(guó)內(nèi)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(yīng)方面，結(jié)合以東風(fēng)拱壩( 亞洲最薄的高拱壩 ) 為背景的國(guó)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(xiàng)目，通過(guò)對(duì)兩種特大型大骨料混凝土試件的試驗(yàn)研究和理論分析，發(fā)現(xiàn)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(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(shí)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(píng)定；提出了簡(jiǎn)單實(shí)用的混凝土雙K斷裂準(zhǔn)則；提出用楔入劈拉法作為測(cè)定混凝土斷裂能和斷裂韌度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的建議。此成果獲1991年能源部電力科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，1992 年國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。在混凝土斷裂韌度的概率模型方面，通過(guò)對(duì)大量混凝土斷裂韌度試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，提出了混凝土斷裂韌度的概率模型。其成果獲1988 年國(guó)家教委科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
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在混凝土 - 復(fù)合型及動(dòng)態(tài)斷裂特性方面,結(jié)合以二灘拱壩為依托的 “八五” 重點(diǎn)攻關(guān)專題“高拱壩建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)-高強(qiáng)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(jì)算混凝土等效斷裂韌度的方法，建立了簡(jiǎn)便實(shí)用的 - 復(fù)合型斷裂準(zhǔn)則和動(dòng)態(tài)疲勞斷裂準(zhǔn)則。其成果獲1996年國(guó)家教委科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，1999年國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)。
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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(qiáng)度低和脆性高的缺點(diǎn)，自1983年起，趙國(guó)藩專題組開(kāi)展了鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)的研究。在鋼纖維混凝土增強(qiáng)機(jī)理方面，統(tǒng)一了纖維混凝土增強(qiáng)的纖維間距理論和混合律理論，提出了與以往國(guó)內(nèi)外表達(dá)形式不同的抗拉和抗折強(qiáng)度計(jì)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(qiáng)度和受壓彈性模量的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法，提出了與普通混凝土相銜接的兩級(jí)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(jì)理論方面，提出鋼纖維混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)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(jì)方法；提出了鋼纖維鋼筋混凝土板柱節(jié)點(diǎn)抗沖切的強(qiáng)度計(jì)算公式。其成果獲1998年教育部科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
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五、混凝土強(qiáng)度理論與鋼筋混凝土有限元研究
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80年代，趙國(guó)藩專題組開(kāi)展了混凝土強(qiáng)度理論和鋼筋混凝土有限元分析方法的研究。在混凝土強(qiáng)度理論方面，提出混凝土在應(yīng)變空間內(nèi)的破壞準(zhǔn)則，發(fā)現(xiàn)了輕骨料混凝土破壞時(shí)的平臺(tái)流塑現(xiàn)象，建立了適用于不同混凝土材料的強(qiáng)度準(zhǔn)則和內(nèi)時(shí)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(guó)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(diǎn)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(jì)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(wèn)題之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系；將內(nèi)時(shí)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(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。在結(jié)合“八五”重點(diǎn)攻關(guān)專題“高拱壩建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)--高強(qiáng)度大體積混凝土材料特性研究”的兩項(xiàng)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(gòu)模型和循環(huán)荷載的加載、卸載過(guò)程線的表達(dá)式。通過(guò)對(duì)全級(jí)配大尺寸試件和濕篩小尺寸試件在雙軸拉壓狀態(tài)下強(qiáng)度和變形的試驗(yàn)，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(zhǔn)則，研制出混凝土宏觀力學(xué)性能的計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)。其成果獲1996年國(guó)家計(jì)委、科委、財(cái)政部國(guó)家科技攻關(guān)重大科技成果獎(jiǎng)，1998年國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)和1993年國(guó)家教委科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
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結(jié)合以普定碾壓混凝土拱壩為背景的國(guó)家“八五”重點(diǎn)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(zhǔn)則和內(nèi)時(shí)損傷本構(gòu)模型，為設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。其成果獲1996年電力部科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，1998年國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
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趙國(guó)藩專題組還結(jié)合國(guó)家攀登計(jì)劃項(xiàng)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(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，利用分維幾何理論研究新老混凝土粘結(jié)問(wèn)題，提出了粘結(jié)面粗糙度、新混凝土強(qiáng)度等對(duì)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(guó)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(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(kāi)發(fā)”項(xiàng)目，提出預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、裂縫寬度、可靠度等系列的設(shè)計(jì)計(jì)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(jiǎng)一等獎(jiǎng)；參加的建設(shè)部工程建設(shè)國(guó)家規(guī)范重點(diǎn)項(xiàng)目課題“預(yù)應(yīng)力混凝士結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本問(wèn)題的研究”，獲1998年國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。在高強(qiáng)混凝士方面,通過(guò)試驗(yàn)研究給出考慮地震作用的高強(qiáng)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(kāi)展了以鋼管為核心的混凝土柱的試驗(yàn)研究，其成果獲 1998年建設(shè)部科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。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(jì)方法；在底部框支組合墻結(jié)構(gòu)研究方面，通過(guò)對(duì)橫向、縱向框墻梁的受力狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)和非線性有限元分析，提出了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法、構(gòu)造措施和設(shè)計(jì)建議；對(duì)“冷軋帶肋鋼筋用作鋼筋的研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用技術(shù)”進(jìn)行了研究，提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。