纤维增强复合材料加固混凝土桥梁结构研究进展

为总结纤维增强复合材料(FRP)在混凝土桥梁加固中的研究成果,拓宽FRP加固桥梁的思路,推动其在桥梁加固领域的广泛应用,阐述了FRP加固方法的发展及其特点,系统梳理了FRP加固方法在混凝土桥梁的研究进展。根据加固机理的不同,从抗弯加固、抗剪加固、抗压加固三方面加以归纳总结,介绍了几种常见的FRP加固方式、影响因素、破坏模式及其设计理论;分析了当前研究的不足,由此提出了一些可以继续深入研究的问题。结果表明:目前研究较多的有外贴FRP法、预应力FRP技术、表层嵌入法、FRP网格加固技术,其在不同的设计参数和使用条件下呈现出不同的破坏模式;外贴FRP片材容易过早发生剥离破坏,可以通过一些锚固措施提升界面黏结性,其中HB-FRP加固技术的锚固效果最好;预应力FRP加固技术因具有较高的材料强度利用率而展现出良好的应用前景;后续应深入研究FRP加固设计理论,综合考虑各参数对加固结构性能的影响,建立统一可靠且实用的计算模型;应进一步研究既有混凝土加固结构在多因素耦合作用下的长期性能和耐久性能,完善FRP加固混凝土桥梁设计方法和规范体系。

装配式混凝土剪力墙结构接缝连接研究进展

装配式剪力墙结构拼装时存在大量的水平接缝和竖向接缝,由于剪力墙的刚度较大,接缝连接处易存在刚度不足引起的损伤集聚问题,成为影响结构整体性和抗震性能的决定性因素。总结了国内外正在发展的预制装配式剪力墙结构水平和竖向接缝的连接形式,并对各类连接形式的构造特点、抗震性能、应用优势和技术瓶颈进行了系统阐述和分析,在此基础上探讨了装配式剪力墙结构接缝连接技术的发展方向。结果表明:目前湿式连接技术已较为成熟且被广泛应用,但仍存在现场湿作业量大、质量不易检测和控制等问题;干式连接技术工业化程度高,但对施工精度的要求也高,可能产生的螺栓松动、锈蚀以及磨损问题限制了其工程应用;将消能减震技术融入竖向接缝连接,利用超高性能混凝土实现水平接缝连接,并结合可恢复功能防震技术,是未来装配式剪力墙结构高质量发展的新增长点。

装配式建筑结构顶升逆作法原理与技术发展

顶升逆作法综合了顶升和逆作法两种技术的不同特性,是一种在邻近地面对建筑逐层建造并逐层顶升的新型建造工艺。通过对顶升各阶段的原理分析,结合强时变结构特点,对顶升点选择等关键技术进行研究,分析了竖向顶升位移不同步工况下的结构受力机理,厘清了装配式建筑结构顶升逆作法的受力特点,梳理了现有的相关配套技术,指出了目前装配式建筑结构顶升逆作法待解决的技术难题。针对新型建造工艺的强时变特征,提出了结合数字孪生和人工智能两种技术进行智能调控的发展趋势,构建了面向减碳优化的综合目标函数,并通过算例证明合理的顶升方案对减少建造阶段构件内力的作用。结果表明:依托装配式建筑结构顶升逆作法原理,采用机械化施工取代人工作业、大重量顶升替换高空吊运,减少设备的层间转运和材料的竖向运输,能够在提高施工建造效率的同时,将工艺流程控制在临近地面的有效高度范围内,有望降低环境影响、减少碳排放、提高建筑结构在未来服役末期的资源化可行性,助力建筑业绿色低碳发展。

开挖顺序及内支撑早期刚度对软土基坑稳定性影响规律

深基坑开挖变形控制是软土基坑工程的难题,工程中常采用密集的混凝土内支撑来提高支撑刚度,然而实际工程中未能合理考虑软土深基坑的开挖顺序和混凝土内支撑早期刚度影响,往往导致基坑实际变形远大于设计值。结合珠三角水资源配置工程的软土深基坑,利用验证后的数值模拟方法研究了不同开挖顺序及混凝土内支撑早期刚度对基坑受力和变形特性的影响规律,得出了分层分区非对称开挖和对称开挖对地连墙水平位移和地表沉降的影响规律。结果表明:尽管非对称开挖会造成基坑两侧的地连墙位移和地表沉降差异,但是密集内支撑条件下非对称开挖比对称开挖对于基坑周围地表沉降和地连墙水平位移影响更小并能够大量节约工期;受混凝土内支撑早期刚度影响,施作内支撑后越早进入下一步开挖,地连墙水平位移和周围地表沉降越大;考虑内支撑早期刚度影响时基坑上部的内支撑轴力会增大,而下部的内支撑轴力会减小,早期刚度越小,这种趋势越明显;现场施工时难以实时动态监测混凝土的弹性模量,极易造成内支撑轴力的早期监测数据失真,甚至给工程带来错误决策。

预应力UHPC槽形节段与整体式混凝土板组合梁受剪性能

将预制的UHPC槽形节段通过干缝连接和预应力张拉形成槽形梁,再与整体现浇的混凝土板组合成的组合梁,称为预应力UHPC槽形节段与整体式混凝土板组合梁(PUCS-MCS组合梁)。它是一种能充分发挥不同材料的性能、施工方便且整体性能好的新型桥梁结构。为探究其抗剪性能,开展了9根模型梁的试验。分析了接缝数、接缝处剪力键数、剪跨比、UHPC钢纤维体积率、配箍率和纵筋率等参数对试件变形、破坏模式、抗剪承载力的影响;基于试验研究结果,提出了PUCS-MCS组合梁抗剪承载力计算方法。结果表明:PUCS-MCS组合梁均为剪压破坏,所有梁在开裂前的荷载-挠度曲线差异不大,在开裂后刚度不断下降;PUCS-MCS组合梁的抗剪承载力随接缝处剪力键数、UHPC钢纤维掺量、配箍率和纵筋率的增大而增大,随干接缝数量增加和剪跨比的增大而减小,其中影响最显著的是干接缝和剪力键,影响最小的是钢纤维掺量和配箍率,因此PUCS-MCS组合梁可不配箍筋,并可采用较低钢纤维掺量的UHPC。

不同溶洞处治措施对桩基承载特性的影响研究

为探究不同溶洞处治措施对岩溶发育区桩基承载特性的影响,通过有限元软件建立溶洞-桩-岩土体耦合作用模型,对比分析溶洞高度变化情况下,2种不同的溶洞处治措施(回填法和钢护筒跟进法)对桩基承载特性的影响。结果表明:随着溶洞高度增加,2种处治措施下桩基竖向承载力都呈降低趋势;溶洞高度小于10 m时,不同处治措施对桩基竖向承载力影响可忽略,溶洞高度大于10 m则需考虑处治措施对桩基竖向承载力的影响;在回填法处治的溶洞范围内,桩身轴力降幅较大,桩侧摩阻力增加显著,在钢护筒跟进法处治的溶洞中桩身轴力与桩侧摩阻力则基本不变;与钢护筒跟进法相比,回填法更有利于发挥桩侧摩阻力;溶洞高度增加时,2种处治措施下桩侧摩阻力比重均逐渐减小,桩端阻力比重逐渐增大,达到桩基极限承载力时,回填法处治后的溶洞较钢护筒跟进法桩端阻力占整体比例更小。

CFRP加固损伤钢筋混凝土梁抗冲击性能试验研究

对采用碳纤维增强复合材料(CFRP)加固的不同损伤程度的钢筋混凝土梁进行落锤冲击试验,以冲击高度、加固层数为试验参数分析CFRP加固损伤试件的裂缝发展、破坏形态及抗冲击性能,并研究试件在冲击荷载下的动力性能。结果表明:试件损伤程度越高,其斜向裂缝发展越密集,试件的破坏程度越严重;落锤冲击高度越高,裂缝发展越趋近于跨中局部化;当采用多层CFRP布加固损伤试件时,试件在落锤冲击作用下保持较好的完整性,仅外部混凝土粉碎掉落;随着CFRP布粘贴层数的增加,试件整体产生弯剪破坏,损伤试件加固修复后的抗冲击能力及刚度相较于完好试件得到显著提升,提升幅度为70%~72%,但增加CFRP布粘贴层数对试件的加固修复效果提升作用有限,且加固效果与抗冲击能力并非呈线性关系;基于有效应变计算的结果可知,采用CFRP布加固修复不仅仅具有加固补强的作用,同时能够在一定的程度上改善试件的整体抗冲击性能。

脱硫石膏强度及耐水性改善方法研究综述

针对脱硫石膏强度及耐水性改善方法和改性机理做了系统的归纳与分析。详细阐述了水泥、各种矿物掺合料、有机硅防水剂以及其他有机乳液等对脱硫石膏及其复合胶凝材料的强度和耐水性的影响,对各种改性方法的作用机理、优点以及不足之处进行了讨论。结果表明:掺入适量的水泥和矿物掺合料时会生成水硬性产物,脱硫石膏的强度和耐水性得到一定的改善,但是掺入过量时会造成不利的影响;水泥、粉煤灰和脱硫石膏之间的比例变化会对胶凝体系的强度和耐水性产生较大的影响;有机硅防水剂可以在脱硫石膏表面形成一层疏水性薄膜,显著提升脱硫石膏的耐水性,当与矿物掺合料复合作用于脱硫石膏时可以得到更好的力学性能和耐水性能;其他类型的有机防水剂均能改善脱硫石膏的耐水性,但是大部分会改变脱硫石膏的晶体形貌,对脱硫石膏的强度和耐水性产生不利影响;目前脱硫石膏的改性材料都比较复杂,单独作用时综合性能不佳,需要进一步研究与探讨更加简单、有效的改性材料和方法。

钢筋混凝土板柱节点冲切性能研究进展

为提高板柱节点冲切性能从而促进其工程应用,比较了各类抗冲切元件的不同布置形式、形状尺寸、几何参数以及组合形式对节点抗冲切承载力的影响,概括了受损板柱节点修复与加固的研究现状,梳理了不同开洞尺寸、距离、数量、形状及偏心荷载作用下开洞板柱试件抗冲切性能的研究成果,归纳了有无抗冲切钢筋和配置型钢剪力架板柱节点的抗冲切承载力计算方法以及基于机器学习的板柱节点冲切承载力预测方法。结果表明:各类抗冲切元件可通过改变布置形式、形状尺寸、几何参数以及元件组合从而改善板柱节点的冲切性能;板件开洞的尺寸越大、距离越远、数量越多,对节点的抗冲切性能越不利;基于数值模拟和规范改进得出的冲切承载力计算公式仅对特定试验有较高的预测精度,尚未形成较为统一的承载力计算公式,而基于机器学习的冲切承载力预测模型是未来研究的重点;需进一步开展关于受损板柱节点修复与加固方法的研究,对完善板柱节点抗冲切性能研究理论体系具有重要意义。

不同螺栓等级下共享铁塔挂载连接件承载性能研究

为研究螺栓等级对挂载连接件承载性能的影响,选取了4.8级普通螺栓(KL-4.8)与8.8级摩擦型高强螺栓(KL-8.8)连接的挂载连接件进行静力试验研究。采用ABAQUS有限元分析软件对其受力性能进行模拟,使用可靠的数值模型系统分析螺栓等级和螺栓直径对连接件承载性能的影响。结果表明:在水平荷载作用下,两种不同螺栓等级连接的挂载连接件节点处均未出现滑移;两种连接件的破坏模式基本一致,左右两侧方钢管底部及右侧方钢管顶部均出现断裂;KL-8.8的整体刚度、极限承载能力以及变形能力均高于KL-4.8;当采用4.8级普通螺栓连接且承载力低于74.13 kN时,螺栓直径不宜小于18 mm,否则螺栓杆会发生剪切变形;当采用8.8级和10.9级高强螺栓连接时,双板件连接处节点偏于刚性连接,挂载连接件的整体刚度和极限荷载主要取决于方刚管、挂载铁杆等其他部件;挂载连接件在承载过程中通过双板件与主材之间的摩擦力和螺栓抗剪来抵抗外载,实际工程中应根据挂载重量合理选择螺栓参数。

钢管混凝土柱-钢梁外加强环螺栓连接节点抗震性能有限元分析

为深入研究钢管混凝土柱-钢梁外加强环螺栓连接节点的抗震性能,建立了螺栓连接节点的精细化三维实体有限元模型。在对已有试验成果进行验证分析的基础上,研究加劲肋、螺栓连接数量对节点塑性耗能分配机制的影响。结果表明:当钢材本构后期考虑韧性损伤后,有限元计算结果与已有拟静力试验结果更吻合;CFST-1节点(梁高300 mm,有螺栓垫板)耗能能力最优,但仅达到相应焊接节点的一半;与CFST-1节点相比,CFST-3节点(梁高300 mm,无螺栓垫板)及CFST-2节点(梁高250 mm,有螺栓垫板)的总耗能更低;各螺栓节点的塑性耗能分配机制主要依靠梁耗能,而相应的加强环焊接节点主要依靠梁与加强环耗能;当螺栓节点采用环板加劲肋、4排螺栓以及腹板加劲肋构造优化后,刚度、承载力、延性与相应焊接节点一致,总塑性耗能达到刚接节点的79.1%,基本达到刚接节点的抗震水平。

基于拌和生产数据的BP神经网络混凝土抗压强度预测

为解决混凝土生产中抗压强度试验周期长及工程管理存在滞后性的问题,提出了一种基于混凝土拌和生产实时监控数据的BP神经网络混凝土抗压强度预测模型。以混凝土拌和生产中的8项物料生产称重数据和5项生产配比数据作为预测输入变量,建立200组混凝土拌和站生产监控数据和对应的抗压强度试验数据样本集,按照6∶2∶2比例划分为训练集、验证集和测试集;分别以C40配比混凝土拌和生产的8项物料称重数据和全部13项数据作为输入变量,进行混凝土28 d抗压强度预测,将预测结果与实际试验结果进行比较,验证所提出BP神经网络模型的预测效果。结果表明:所提出的BP神经网络混凝土强度预测模型能较好地实时预测混凝土28 d抗压强度,且相对误差优于利用7 d抗压强度试验数据估算值;8项物料称重数据作为输入变量的BP神经网络预测模型预测精度更好,平均绝对百分比误差为0.82%,均方根误差为0.52 MPa;利用不同拌和站C20配比、C30配比混凝土拌和生产监控数据对8项输入变量BP神经网络混凝土抗压强度预测模型进行适应性验证可知,其预测平均绝对误差均在0.5 MPa之内,平均绝对百分比误差均小于2%,与C40配比预测误差一致;该预测模型充分挖掘了混凝土拌和站生产实时监控数据的价值,实现了传统混凝土抗压试验结果提前化,对提高工程建设质量水平具有重要意义。

新型分层装配式节点钢框架地震易损性分析

为提高装配式钢框架的装配效率,结合节点抗震性能要求,提出一种新型全螺栓分层装配式节点。对新型和传统两类节点进行抗震性能试验研究,并把节点参数引入整体框架模型中,采用SAP2000建立两类框架模型并进行增量动力分析。考虑基于层间位移角的单参数损伤模型和基于变形与累积耗能的双参数损伤模型,定义结构性能水准限值并划分破坏等级,对结构进行地震易损性分析。结果表明:在单、双参数损伤指标下,新型节点框架的易损性曲线都包络于传统节点钢框架的易损性曲线内,且新型节点框架的抗倒塌储备系数更大,说明采用新型节点能降低结构在各破坏状态下的失效概率,提高框架的抗倒塌能力;在LS1、LS2极限状态下结构基于单参数损伤指标的峰值加速度中位值比基于双参数损伤指标下的峰值加速度中位值小,在LS3、LS4极限状态下则相反,说明累积耗能对结构抗震性能评估影响明显,结合双参数损伤指标能更好地预测结构的损伤程度;新型节点框架在单、双参数损伤模型下的倒塌储备系数均高于传统框架,说明新型框架的抗倒塌储备能力更高,有利于结构抗震。

基于时程分析法的中美隔震设计对比研究

介绍了中国《建筑隔震设计标准》(GB/T 51408—2021)(以下简称《隔标》)和美国Minimum design loads and associated criteria for buildings and other structures(ASCE 7-16)隔震设计的相关要求,并针对基于《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)(2016年版)(以下简称《抗规》)设计的某9度区近场隔震结构,进行了两国规范的设计对比。按《抗规》设计的隔震结构,仍然能满足《隔标》的设计要求。ASCE 7-16对于隔震支座考虑了老化和环境、测试、制造等因素引起的性能参数变化,并按隔震支座的上限及下限属性进行了结构设计。基于相同地震概率水准(50年超越概率2%)的设计对比研究表明,ASCE 7-16的等效侧力法计算值高于《隔标》,按ASCE 7-16要求选择的地震波反应谱明显高于《隔标》,其时程分析结果也大于中国规范,对隔震支座的性能要求更高。

模块化冷弯薄壁型钢结构体系低层村镇住宅设计研究

在传统冷弯薄壁型钢结构体系的基础上,从模块化、装配化角度出发,提出了一种适用于低层村镇住宅的新型结构体系——模块化冷弯薄壁型钢结构体系。首先,简述了墙体模块单元的构成,给出了7种通用标准化墙体模块单元,并介绍了基于通用标准化模块单元的村镇模块化户型构建原则及过程;其次,详述了便于快速装配安装的标准墙体单元间模块化连接方式,对模块连接节点进行了受力分析及数值模拟,并给出了模块化冷弯薄壁型钢结构体系构建的原则;最后,重点介绍了适用于所有冷弯薄壁型钢结构体系的抗剪墙长简化设计方法以及基于模块化冷弯薄壁结构体系的抗剪墙长设计方法,并通过实际案例详述了墙长确定过程,同时对比了不同计算方法的抗剪墙长,进一步验证了所提出的抗剪墙长简化设计方法的可行性。结果表明:所提出的模块化冷弯薄壁型钢结构体系可大幅提高冷弯薄壁型钢结构低层村镇住宅的工业化和产品化水平,大幅缩减了工期;所提出的抗剪墙长简化设计方法可显著降低设计门槛,便于该类体系的推广应用。

纵向钢筋C型卡槽连接单向拉伸力学性能

为提高装配式纵向钢筋连接的施工效率,提出了C型卡槽连接方式,制作9个连接件并进行单向拉伸试验,观察其破坏形态,研究试件荷载-位移曲线、应变发展过程,分析不同锚固板直径对连接件连接性能的影响;基于混凝土局部受压计算公式,推导出C型卡槽连接钢筋的承载力计算公式,并给出不同锚固板直径与带锚固板钢筋直径的适配表。结果表明:锚固板直径为43 mm和48 mm的连接件发生带锚固板钢筋拉断破坏,荷载-位移曲线与单根钢筋拉伸的荷载-位移曲线相似,均能满足JGJ 107—2016和ACI 318对接头的强度要求;锚固板直径为38 mm的连接件是依据JGJ 256—2011选取锚固板直径,试验过程中发生带锚固板钢筋拔出破坏,证明按照规程取值,锚固板直径偏小,无法满足连接要求;锚固板直径为38 mm的连接件其荷载-位移曲线呈现波浪形,承载力虽小于前两者,但仍具有较好的延性和较高的残余承载力;所有连接件的C型卡槽在整个受力过程中应变值较小,始终处于弹性阶段,C型卡槽环向应变表现为压应变,C型卡槽连接钢筋承载力的理论计算结果与试验结果相符。

黄土抗剪强度参数均值与方差的Bayes估计及其应用

为解决黄土强度参数估计问题,从工程勘察项目中共收集统计了3384组Q1、Q2、Q3黄土强度参数黏聚力c、内摩擦角φ值的测试数据,不考虑二者的相关性,将参数均值和方差都作为随机变量,建立起黄土强度参数c、φ的正态-逆伽马先验分布。基于Bayes理论,利用共轭先验法推导了参数后验分布和后验概率密度函数的期望值求解公式,确定了估计的误差。以陕西泾阳黄土边坡为例,利用所建立的先验分布和边坡土层测试强度指标,求取参数的后验分布,进一步估计了边坡失效概率的概率分布和稳定系数均值的概率分布。结果表明:在95%的置信度下,按稳定系数评价,边坡均处于基本稳定状态,且稳定系数置信区间小;按失效概率评价,边坡接近稳定状态,但失效概率的置信区间较大,黄土强度参数的方差控制着边坡失效概率的置信区间,将方差作为随机变量,考虑方差变异性,能更科学地评估黄土工程的可靠度。

基于科学知识图谱的劈裂注浆研究热点与发展态势分析

针对传统建筑科学分析方法对工程领域研究存在的局限性,引入科学知识图谱及大数据计量等人工智能方法,借助可视化软件Citespace,检索Web of Science(WOS)核心合集数据库,得到2007~2022年主题为劈裂注浆的文献709篇,对发文总量、学科归属、期刊分布、核心作者、区域合作、关键词和被引文献等方面做科学知识图谱分析。通过区域合作关系图谱的寻径,理清现阶段国际合作的格局,指出中国未来国际合作的主要任务。依据成果数量和突现时间,评析贡献较大的代表性作者。提取318个研究关键词,以发文频次和中心性为导向,筛选精炼了现阶段研究热点。从10个聚类的特性分组出发,展示了理论研究、应用实践和数值模拟的发展脉络,明确了研究的前沿方向。排列10条聚类发展时间线,精炼了注浆效率和封堵效率两条热门主线,同时提示了较难取得研究成果的线路。通过聚焦关键词的时区分布态势,总结热点演进的两个规律,并预测今后两年新热点与2017年研究成果之间的潜在关联。根据文献共被引关系发生的时间,对比4组年度切片的变化,评价了学科知识基础的发展脉络和未来走向。结果表明:科学知识图谱作为人工智能分析方法,能总结分析劈裂注浆近年来的研究热点,并可以预测劈裂注浆在未来阶段的学术研究发展态势。

带PBL剪力键的钢芯板混凝土组合剪力墙低周往复加载试验研究

为研究带PBL剪力键的钢芯板混凝土组合剪力墙的抗震性能,对1个型钢混凝土组合剪力墙和4个钢芯板混凝土组合剪力墙进行了循环往复加载试验;观察带PBL剪力键的钢芯板混凝土组合剪力墙在水平循环荷载下的破坏全过程,并分析该类剪力墙的滞回特征、变形能力、承载能力、耗能性能、刚度和强度退化能力。结果表明:钢芯板混凝土组合剪力墙的破坏模式主要为弯曲型破坏,滞回曲线较为饱满;配置钢芯板的剪力墙承载力、延性性能和耗能能力较优;PBL剪力键的构造方式可保证钢芯板与混凝土之间的黏结性能完好,PBL剪力键平放会导致剪力墙出现沿PBL剪力键的水平通缝,影响剪力墙承载能力的发挥,建议采用PBL剪力键竖放的构造形式。

高寒区隧道洞口段覆雪波纹钢棚洞减载方法研究

高寒区隧道洞口段易受上方覆雪及落石影响,采用现有大跨径波纹钢棚洞会产生较大变形和失稳,影响边疆公路运行安全。为此,依托某线路隧道洞口段波纹钢防雪棚洞项目,从拱效应及加筋桥减载原理出发,运用有限元软件构建了EPS板、EPS板+加筋雪、EPS板+加筋冰等10种减载方案的三维波纹钢棚洞模型,研究不同减载方案对棚洞应力、棚洞变形和覆雪压力的影响,对比分析棚洞受力变形特征及减载效果,筛选出最优减载方案。结果表明:施加减载材料后,棚洞上方覆雪压力均不同程度分散到棚洞两侧,减小了棚洞结构的受力;随着覆雪高度增加,减载效果更显著,其中30 cmEPS板+加筋冰组合式方案的减载效果最佳,棚顶应力减少32.72%,棚顶位移减小22.63%;针对波纹钢棚洞的减载问题,建议隧道洞口30 m范围内采用30 cmEPS板+加筋雪方案,距隧道口30 m以外范围可采用30 cmEPS板+加筋冰方案。