考虑结构面震动劣化效应的岩质边坡块体动力稳定性评价

为解决岩质边坡块体在地震作用下的动力稳定性评价问题,基于结构面的循环剪切数值试验研究结构面的震动劣化效应,从而构建结构面震动劣化数学模型;结合坐标投影原理提出考虑结构面强度震动劣化效应的块体动力稳定性系数计算方法;基于数值分析法研究地震波波动特性对岩质边坡块体稳定性的影响,并进一步基于突变理论提出位移动力响应放大系数突变判据,最后形成一套以块体动力稳定性系数时程曲线和位移动力响应放大系数共同评价块体动力稳定性的评价体系,拓展地震作用下块体动力稳定性评价新思路。研究表明,结构面震动劣化效应不仅受循环剪切幅值、循环剪切次数及相对运动速度影响,还与起伏角度密切相关;通过算例证实了考虑结构面震动劣化的块体动力稳定性系数计算方法的准确性,所提出的以块体动力稳定性系数时程曲线和位移动力响应放大系数的共同评价体系更加安全可靠,将促进块体动力稳定性理论的发展,对边坡地质灾害的防治具有重要的科学意义和应用价值。

柔性光伏系统颤振性能的节段模型试验研究

柔性光伏支架的频率低、质量轻,极易在风荷载作用下发生大幅振动。以某实际柔性光伏项目为工程背景,借鉴桥梁抗风的研究经验,对该柔性光伏支架的颤振性能进行研究。首先,考虑严格的相似比关系,设计并制作了弹性悬挂节段模型系统,并对其动力特性进行了测试;然后,进行不同光伏组件倾角(-39°~+39°)下的弹性悬挂节段模型测振风洞试验,研究光伏组件风致响应随风速的变化规律,得到各倾角下柔性光伏节段模型的颤振临界风速值,探讨2种气动措施对提高柔性光伏支架颤振稳定性的效果。结果表明:在0°~39°的正倾角工况下,柔性光伏支架的颤振临界风速随光伏组件倾角的增大,呈现先减小后增大的趋势,最小颤振临界风速出现在12°~21°光伏组件倾角范围内,折算成实际风速为9.6m/s;在-39°~0°的负倾角工况下,颤振临界风速随光伏组件倾角的增大,也呈现先减小后增大的趋势,最小颤振临界风速出现在-21°~-12°光伏组件倾角范围内,折算成实际风速为10.1m/s;设置中央稳定板的气动措施难以有效提高柔性光伏支架的颤振临界风速。

地基处理技术现状与发展

近年来我国的基础设施建设规模不断扩大,坚实的地基是确保工程建设安全与韧性的关键。因此,地基处理技术与工程品质之间的关联性愈发受到关注,这促进了地基处理技术的持续进步与发展,进而不断涌现出新的理论、技术和设备。文章简要阐述了地基处理的分类方法与发展特点,回顾了各类地基处理技术的研究现状,具体介绍了近年来复合地基技术、排水固结法、土工合成材料、高聚物注浆、固化剂、特殊土地基、大面积高填方地基和抗震地基处理技术等方面的新进展,归纳总结了地基处理智能设备、设计理论、评价方法和规范编制的发展情况。在现阶段信息化浪潮不断来袭、可持续发展作为永恒主题的新形势下,提出了地基处理技术应不懈追求“韧性、绿色、智能、人文”的品质提升的核心议题,探讨了地基处理行业各个方面的发展方向与未来展望,以期为地基处理领域的研究与技术人员提供参考和借鉴。

马尔康6.0级震群地震藏族民居震害调查与分析

为掌握马尔康6.0级震群地震中藏族民居的震害情况,对地震灾区进行广泛的调查,总结藏族民居的建筑特点与结构特点,分析石木结构、木结构和生土结构的主要震害特征和破坏原因,并对不同结构类型的建筑震害数量和地质灾害隐患点数量进行统计和分析。研究结果表明:此次地震中,石木结构震害较严重,主要破坏特征为整体倒塌、局部倒塌、墙体破坏、梁柱破坏和屋盖破坏。木结构震害较轻,主要破坏特征为围护墙倒塌、开裂以及屋面溜瓦。由于距离震中较远,生土结构的震害最轻,主要破坏特征为墙体开裂。石木结构和木结构倒塌破坏占比分别为0.9%和0.0%,严重损坏占比分别为19.0%和17.2%。木结构多为非结构构件损坏,抗震能力强于石木结构。同时,地震诱发山体落石、山体滑坡,导致建筑被掩埋、道路中断、水利和通讯设施受损,地质灾害隐患点数量为663处。针对不同藏族民居的震害特征和破坏统计,建议在保留藏族民居建筑特色的前提下,发展受力机理清晰的结构体系,加强藏族民居的抗震措施,并重视该地区的震群型地震效应。根据次生灾害的破坏情况和统计,建议灾后重建中,藏族民居应合理选址,加强地质灾害的监测和预警,并完善防治次生灾害设施。

列车作用下大跨径悬索桥纵向运动响应分析方法对比研究

随着我国铁路事业的发展,近年来设计和建造了一些大跨径铁路悬索桥。悬索桥属于典型的柔性结构,加之列车荷载大、运行速度快,列车过桥时加劲梁纵向运动问题突出。准确地计算出列车过桥时梁端纵向运动响应是进行悬索桥结构设计和梁端位移控制的前提。该文通过有限元仿真,采用4种不同的分析方法,对运行列车作用下大跨径铁路悬索桥纵向运动响应特征进行对比研究。首先,分别介绍移动静载法、移动荷载法、移动质量法、车-桥动力相互作用法的计算理论及其有限元实现方法;随后,以某主跨1060m铁路悬索桥为例,分别采用4种方法进行纵向运动响应计算;最后,对4种分析方法的计算结果进行对比分析。结果表明:大跨径铁路悬索桥纵向运动分析应考虑动力效应;通过移动荷载法、移动质量法及车-桥动力相互作用法分析得到的纵向运动响应接近;采用移动荷载法进行大跨径铁路悬索桥纵向运动响应分析可以简化计算且满足计算精度要求。

地外建造研究进展与科学技术挑战

随着深空科学与深空探测技术的不断发展,NASA、ESA以及其他一些国家纷纷提出地外空间中长期驻留设想及其地外建造相关计划。该文梳理了国内外地外建造相关战略,系统分析了地外建造的概念内涵及其发展;总结了地外建造结构设计、材料制备和建造工艺装备三方面研究进展;进而分析指出地外建造关键科学技术挑战。期待更多的学者关注地外建造这一新的研究领域,为我国深空探测贡献土木工程学科智慧。

动力打桩桩周泥岩损伤特性与损伤模型

针对泥岩地基同施工场地条件下动力打入桩的承载力差异性大且部分打入桩承载力不足等异常现象,文章开展了桩周0.2m处打桩前后的桩周泥岩单轴抗压强度对比试验,和打桩后的桩端中风化泥岩三轴压缩试验,明确打桩后桩周泥岩的损伤特性,基于统计损伤理论建立考虑受打桩影响的桩周泥岩损伤本构模型,并对泥岩地基打入桩的承载性能进行探讨。研究表明:打桩后桩周0.2m处泥岩强度平均损伤28.2%,弹性模量平均损伤41.4%;桩端中风化泥岩损伤后抗剪强度参数平均值为c=217.2kPa、φ=21.6°,φ仅是同场地原状强风化和全风化泥岩的49.1%和51.4%;打桩后桩周泥岩应力-应变曲线的损伤模型计算值的与实测值吻合较好,验证模型的合理性;泥岩地基打入桩承载力异常特征为桩端受力小,但桩端沉降显著,静载破坏时桩端阻力的平均占比为5.25%;动力打桩对桩周泥岩的损伤是泥岩地基打入桩承载力异常的重要原因;泥岩地基打入桩的设计计算与数值模拟采用原状泥岩力学参数不合理,泥岩损伤后不易恢复,建议按损伤特性赋予参数。研究结果对泥岩地基打入桩的设计、施工、承载力评价有较强的参考价值。

基于EtherCAT总线的空间结构点阵自动同步加载系统研发

大型空间结构试验通常具有加载点数量多、覆盖面积广、加载工况较多的特点,传统的加载方法很难兼顾成本适宜、安全高效。该文提出了一种新型空间结构点阵自动同步加载系统,该加载系统采用水作为试验载荷,应用实时工业以太网EtherCAT总线技术,可实现任意比例下多点同步精确加载。加载系统的控制模块、数据采集模块和加载容器可根据试验需要在控制总线上无限挂载和自由分布,具有通用性强、自动化程度高、安全高效、加载耗材清洁廉价的特点。该文详细介绍了该加载系统的原理与组成,以及EtherCAT总线主从式结构下主站和从站的具体实现,并将其应用于马鞍形正交索网结构承载力试验,整个加载过程中荷载稳步匀速增长、数值稳定准确,验证了该加载系统的可行性和准确性。

玛多7.4级地震野马滩大桥桥台纵桥向破坏机理分析

针对2021年青海玛多7.4级地震中野马滩大桥的桥台震害,开展基于Pushover分析的桥台纵桥向破坏机理研究。提出土-桩-桥台精细化有限元模拟方法,以及基于地勘资料的模型土体参数确定实用方法,建模方法和加载模式要点为:(1)适用于土-桥台相互作用的分布式p-y弹簧修正模型;(2)可识别背墙弯曲、剪切或弯-剪多种破坏模式的背墙非线性梁柱单元-墙底非线性剪切单元串联模型;(3)土-搭板和土-翼墙摩擦弹簧;(4)基于分布式间隙单元的可捕捉地震中主梁与背墙接触位置变化的Pushover加载模式,从而实现了桥台纵桥向地震损伤破坏全过程模拟。结果表明:野马滩桥台在水平地震作用下,背墙底截面先发生屈服,随后背墙剪力达到抗剪能力峰值,桥台整体水平承载力开始退化,直至背墙底完全剪断,而桩基础并不发生明显损伤。总体而言,桥台破坏模式为背墙弯-剪破坏,数值分析结果与桥台实际震害相符。

型钢-UHPC轻型组合桥面板及其抗弯性能研究

正交异性钢桥面是目前800m以上国内外特大跨径钢桥的唯一选择,主因是自重轻、强度高、架设方便。但其存在疲劳开裂风险大、运维成本高的缺点。随着高性能材料UHPC的研发和应用,为构建自重轻、病害少、经济性好的桥面新结构提供了可能性。经过多年研究,作者提出一种新型桥面板结构——型钢-UHPC轻型组合桥面结构,将型钢、钢板条与UHPC组合,桥面板的形成无任何板件焊接,因而具有高抗疲劳性,且与传统钢桥面相比,自重持平、造价减半,可作为除“正交异性钢桥面”外的“第二种”大跨径钢桥的桥面结构方案。该文研究这种轻型组合桥面板预制板及横向接缝的抗弯性能,制作4个条带模型(包括2个预制板试件和2个接缝试件),开展三点弯曲的横向接缝负弯矩试验和预制板正弯矩试验,并对试验结果进行分析;基于“条带法”建立预制板试件极限承载力计算模型,提出接缝试件的UHPC开裂名义拉应力计算方法;基于某斜拉桥应用实例,进行整体计算和局部计算,验证新型组合桥面结构在实桥上应用的可行性。研究结果表明:(1)型钢与UHPC间在极限状态前相对滑移非常小,具有良好的协同受力性能;(2)预制板试件的正弯矩极限承载力以型钢屈服控制,而接缝试件负弯矩极限承载力以UHPC开裂和加密钢筋断裂控制;(3)接缝试件的“T形”接缝、加密钢筋、燕尾形的企口、交错式切割型钢钢条等构造设计对接缝整体抗弯拉性能有很好的提高效果;(4)预制板试件极限承载力计算模型所得计算值与试验值吻合良好,该模型搭配名义拉应力计算方法,可帮助工程实际问题的设计与应用;(5)试验结果与实桥的有限元计算值相比,新型桥面结构均有1.3倍以上的安全系数,新型组合桥面应用于实桥具有可行性。

考虑台地效应的泸定6.8级地震某框架结构震害调查与分析

2022年9月5日四川省泸定县发生6.8级地震,在磨西台地上某框架结构的震害调查中,发现其东区和西区的框架结构出现不同程度的震害,且差异明显。其中,东、西区框架的首层柱上端均发生了“强梁弱柱”型破坏,西区框架中等及以上破坏等级的比例达到81%,而东区框架仅为13%,呈现出与台地边缘的强关联性。为分析东、西区框架结构震害差异的原因,采用FK-SEM方法分析了磨西台地的地震放大效应。计算结果表明,距离台地边缘越近,地震放大系数越大。其中,水平和竖向的地震放大系数在西区建筑场地分别为2.30和2.25,而在东区建筑场地则分别为2.01和1.99。在此基础上,采用磨西台站的地震动记录,对东、西区框架结构进行了震害模拟,分析了其破坏原因。研究结果表明:磨西台地边缘的地震影响系数的实际放大系数超过了《抗规》规定,存在不利地段影响和近场地震效应叠加的情况,仅按《抗规》不利地段进行考虑,多层框架结构难以实现“大震不倒”的设防目标;竖向地震作用是框架柱下端破坏的直接原因,主要破坏形态为偏拉、偏压破坏,水平地震作用导致其二次破坏;“仿雀替”构造对结构整体变形能力不利,是框架结构“强梁弱柱”型破坏的主要原因。根据震害调查和分析结果,建议在9度近断层设防地区,靠近台地边缘的多层框架结构,设计前宜对建筑场地进行分析,并考虑竖向地震的影响;在有民族特色的建筑设计中,应将“仿雀替”等装饰物与框架脱离,设计为非结构构件,以减少其对框架结构抗震性能的不利影响。

多因素影响下预崩解炭质泥岩动回弹特性研究

为探究多因素影响下预崩解炭质泥岩的动回弹特性,通过动三轴试验研究偏应力、最小体应力、含水率、压实度和干湿循环次数对动态回弹模量的影响,并建立考虑上述因素影响的动回弹模量预测模型。研究表明:动回弹模量与最小体应力、压实度呈正相关关系,与偏应力、含水率呈负相关关系;在同一围压下,动回弹模量随偏应力增加而降低,降幅区间为14.1%~30.7%;含水率为6%时对应的动回弹模量最大;在围压和偏应力相同时,含水率从6%递增至10%,动回弹模量降幅区间为18.6%~35.5%;压实度从93%递增至96%时,动回弹模量增幅区间为4.47%~20.64%。采用干湿循环损伤因子表征干湿循环次数对动回弹模量的影响,发现损伤因子随干湿循环次数N增加可分为3个阶段,即快速增长阶段(N=0~1)、缓慢增长阶段(N=1~6)和增长稳定阶段(N=6~9)。各因素按显著性由高到低排序依次为:压实度、干湿循环、含水率、偏应力、最小体应力。建立的综合考虑约束效应、剪切效应、压实度、含水率和干湿循环的预测模型具有较高地准确性和适用性,可有效评估和预测湿热地区炭质泥岩路堤的动回弹模量。

基于改进YOLOv5的路面病害检测模型

为进一步提高路面病害检测精度,文章在YOLOv5的基础上,提出针对路面病害特征改进的检测模型Pavement Damage-YOLO(PD-YOLO)。PD-YOLO在网络结构中引入Space-to-depth层,以适应低分辨率和路面病害目标小的检测任务。此外,模型在池化层利用SPPFCSPC,在特征提取时获取不同的感受野,有效解决路面病害检测图像中目标大小差异较大的情况;在特征融合层引入ASFF模块使模型自适应学习不同特征间的联系,加强模型对病害目标区域的关注度。在对多组测试数据集测试中,与YOLOv5相比,PD-YOLO模型同时提高了检测结果的准确率、召回率、F1值以及mAP@0.5值,证明了PD-YOLO有着更强的特征提取能力和特征融合能力,在路面病害的检测上有更优越的表现。

出踩与面宽方向柱头科斗栱抗震性能对比试验及数值分析

为研究加载方向对斗栱抗震性能的影响,文章基于地震作用的随机性和斗栱出踩与面宽方向的构造差异,对2个足尺柱头科斗栱分别沿出踩和面宽方向进行拟静力试验,得到斗栱的破坏模式、承载力、刚度与强度退化、耗能和变形能力。结果表明:斗栱在出踩和面宽方向分别加载时,大斗均相对平板枋滑移,馒头榫挤压剪断。出踩方向受力时单昂与桃尖梁相对滑移,面宽方向受力时整体明显转动。相比面宽方向受力的斗栱,出踩方向受力的斗栱具有更高的承载力、初始刚度和耗能能力,而变形能力较差。文章开展柱头科斗栱的数值分析,模拟结果与试验结果吻合较好,研究出踩和面宽不同加载方向、轴压荷载、木构件之间摩擦系数和木材弹性模量对其抗震性能的影响。结果表明:面宽方向是柱头科斗栱的最不利受力方向,其正负向承载力比出踩方向分别低19.21%和17.03%;轴压荷载和木构件之间摩擦系数越大,斗栱承载力越大,而木材顺纹弹性模量和横纹径向弹性模量对斗栱的初始刚度和承载力影响较小。

钢桥疲劳裂纹扩展行为研究及可靠度更新分析

疲劳断裂失效一直是导致钢结构桥梁发生破坏的重要原因之一。为了更好地利用断裂力学对此失效行为进行研究,开展桥梁钢板件标准疲劳裂纹扩展试验。利用金属磁记忆无损检测技术监测疲劳裂纹扩展行为,分析疲劳裂纹扩展过程中磁信号的变化情况。从理论及试验两方面探讨疲劳裂纹扩展长度磁信号量化方法,确定磁特征参数与裂纹扩展长度之间定量关系式。随后将所提关系应用于疲劳裂纹扩展剩余寿命预测确定性研究,并通过试验结果对其进行验证。最后考虑疲劳裂纹扩展的随机性及损伤信息更新的必要性,进一步开展疲劳可靠度评估研究。研究结果表明:磁信号梯度最大值可以较好地对裂纹扩展长度进行量化表征,剩余寿命预测结果与试验结果误差均在20%以内,基于磁信号的可靠性评估方法可以配合我们更好地制定桥梁维修及养护策略。

基于双模量理论的连续配筋混凝土复合式路面沥青层表损伤分析及Top-Down开裂控制

基于连续介质损伤力学和双模量理论,建立单一模量和双模量2种疲劳损伤本构,采用数值模拟的方法,对2种疲劳损伤本构模型进行了简单分析对比,并采用双模量损伤本构分析沥青层(AC)厚度、模量、拉压模量比以及AC层与连续配筋水泥混凝土层(CRC)摩擦系数4个因素对沥青层表面损伤的影响,在单因素分析的基础上通过响应面法对CRC+AC复合式路面抗Top-Down开裂性能进行优化设计。研究表明:AC层在单模量下的最大压应力比双模量下大0.1MPa,但AC层在单模量下几乎未产生拉应力,而双模量下的最大拉应力为0.08MPa;单因素分析得到AC层厚度、模量、拉压模量比、层间摩擦系数推荐最大取值分别为8cm、1700MPa、0.8、7;3个参数中,对AC层表面疲劳损伤度综合影响从大到小的组合为:AC层厚度和拉压模量比,AC层拉模量和拉压模量比,AC层厚度和拉模量;针对不同拉模量的AC层材料提出了不同AC层厚度下的拉压模量比控制标准。

近断层地震动引起的公路桥梁车桥分离现象的统计分析

近年来,随着我国人均汽车保有量的增加,国内交通密度增大,交通拥堵加剧,再加上重卡超载现象越来越严重,机动车辆荷载对中小跨径桥梁的影响显著增大,也提高了地震发生时桥上有车的概率;另一方面,近断层地震动具有显著的竖向效应,已有震害表明车辆与桥梁在较强的竖向地震动作用下容易产生车桥分离或碰撞的现象。因此,考虑近断层地震动作用下车辆对桥梁动力响应的影响将有助于准确评估桥梁的抗震性能。文章以一座典型的3跨连续梁桥为工程背景,采用考虑车辆与桥面动态接触或分离的模型对实际近断层地震动作用下的车桥耦合系统的动力响应进行统计分析,研究车辆对桥梁的动力放大作用、车桥分离现象及其影响规律。结果表明,在车桥不分离的情况下,考虑车辆影响在80%的工况下会减小桥梁的竖向位移响应,但随着竖向PGA的增大,车辆对桥梁的动力作用逐渐趋于不利;其次,车桥之间的动力相互作用可能导致不止一次的车桥分离,最大接触力在大多数情况下发生在首次分离与二次分离之间,最大可能达到车辆重量的7.9倍,会对桥面局部受力产生极其不利的影响,且车桥分离的时间随着车辆竖向频率的增大而增加,但这种现象与地震动的竖向PGA没有直接关系,对桥梁的竖向位移响应影响也不大。

偏载作用下薄壁箱梁空间整体效应的综合分析

为了研究斜腹板箱梁在竖向偏心荷载作用下的受力性能,在合理构造各翘曲位移函数的基础上,用能量变分法建立全面反映竖向弯曲变形以及剪力滞、约束扭转、畸变等翘曲变形的控制微分方程,通过对既有文献中的模型梁进行计算分析,明确剪力滞、约束扭转及畸变翘曲应力在竖向弯曲应力中的占比情况,并揭示各翘曲广义内力的分布规律。结果表明:按文章解析法求得的模型梁应力理论值与实测值吻合良好,从而验证文章方法的合理性;在偏载作用下箱梁的约束扭转微分方程与畸变微分方程是相互耦联的,这在已有文献中往往被忽略;在剪力滞、约束扭转及畸变翘曲应力中,畸变翘曲应力占据主导地位,剪力滞和约束扭转翘曲应力相对较小,但仍不可忽略,在控制截面上因各种翘曲变形引起的应力放大系数达到1.362;偏心集中荷载引起的各翘曲广义内力均具有快速衰减的分布规律,剪力滞和约束扭转广义内力分布范围很小,而畸变广义内力分布范围广阔。建议在桥梁设计规范相关条文及实际箱梁桥设计中,对畸变效应给予充分重视。

灌浆料流变性能的时变特性与屈服应力演化模型

为研究灌浆料流变性能的时变特性,厘清流变性能随时间变化的机理,通过流变试验研究灌浆料的流变模型和流变参数随时间的变化规律。结合灌浆料的冷冻扫描电镜微观结构随时间的变化过程和流体力学理论,研究屈服应力的时变机理,并建立考虑絮凝效应、水化反应和骨料颗粒-水泥浆体相互作用三者共同影响的新屈服应力演化模型。结果表明:灌浆料的流变模型符合Herschel-Bulkley模型,屈服应力随时间增加而增加。水化产物在网状絮凝结构上不断堆积,网状絮凝结构逐渐变大,这不仅增强了水泥浆体的抗剪切能力,也导致浆体表现更高的黏度,使得骨料颗粒-水泥浆体的相互作用力增大。因此,灌浆料的屈服应力增大。提出的新屈服应力演化模型能更好地描述含骨料颗粒水泥基材料的屈服应力随时间的变化规律。研究结果可为灌浆料的流动扩散研究和深入理解水泥基材料流变性能的时变性提供理论基础。

降雨作用下考虑结构面劣化的边坡块体稳定性评价

降雨是诱发边坡失稳,发生崩塌、落石、滑坡的一个主要诱因,降雨作用下结构面强度会发生劣化,导致边坡块体失稳塌落,引起地质灾害,对人民生命财产构成严重威胁。基于离散元数值分析方法,考虑降雨作用对结构面抗剪强度的影响,分析结构面强度参数劣化及孔隙水压力变化规律,建立抗剪强度劣化模型;结合坐标投影原理提出考虑降雨作用下结构面强度劣化效应的块体稳定性系数计算方法;基于有限元分析方法研究降雨强度与降雨历时对岩质边坡块体稳定性的影响,并进一步分析稳定性系数与降雨强度及降雨历时的关系,提出降雨作用下考虑结构面劣化的边坡块体稳定性评价方法。研究表明,不同含水率作用下结构面的抗剪强度劣化不仅受黏聚力和内摩擦角影响,还与孔隙水压力有关,针对单滑面和双滑面型块体构建了考虑结构面降雨劣化的稳定性分析数学模型,提出的以降雨时长、降雨强度和块体稳定性关系曲线的共同评价体系可为边坡块体稳定性评价提供科学依据,并推动边坡地质灾害防治和工程建设发展。