关于我国工程建设技术发展的战略思考

作者按中国科协的要求,代表中国土木工程学会撰写的“2020年中国工程技术”发展战略研究主报告中具体针对“工程建设技术”浓缩出的部分内容。分析了我国工程建设技术的现状、发展趋势,建议至2020年我国工程建设技术发展的总体战略目标、战略重点和保障措施。

现场环境下混凝土冻融耐久性预测方法研究

已有的冻融研究积累了大量标准试验数据,但由于现场冻融环境和室内冻融环境间的巨大差异,大量标准冻融试验数据难以直接应用于现场混凝土冻融耐久性预测。如何利用混凝土冻融标准试验数据模拟现场冻融环境下混凝土的冻融过程并给出冻融耐久性预测是工程实践中迫切需要解决的问题。首先分析室内外冻融环境的差异,在室内外混凝土材料性能(包括微孔结构性能)一致的前提下,对现场混凝土频繁接触水的情况进行研究。从疲劳损伤机制出发,利用Miner损伤累积法则和损伤等效原则,结合现场实测气温资料模拟现场混凝土冻融过程,建立能够联系实验室冻融和现场冻融的等效室内冻融循环次数公式,提出利用等效室内冻融循环次数和标准冻融试验数据预测现场混凝土冻融耐久性使用年限的方法。预测值与十三陵水库现场数据和北方部分港口工程现场数据的比较表明预测方法能够得到符合工程预测需要的结果。

考虑广义边界条件的混凝土应变软化

混凝土试验结果往往具有很大离散性,造成这种离散性的原因不仅是"材料的离散性"也存在"边界条件的离散性"。除试件与试验机加载板和试件接触面(即所谓的"狭义边界条件")以外,试验机刚度、试件尺寸和加载方式均系统地影响试验结果,特别在量测混凝土的应变软化方面,这个问题不可忽视。目前这些问题如果不能得到澄清,将严重影响对混凝土真实力学性质的认识。根据通常的实验室条件定义了一种"广义边界条件",以量测比较困难的混凝土单轴拉伸应变软化试验为例,来探索这种"广义边界条件"的影响。为此,建立了一个新的系统模型,将试验机与试件置于同一个系统中考虑,利用能量原理得出量测的稳定条件,并利用系统的平衡协调关系定量求出了应变软化条件下的稳定平衡路径。最后,通过在实验室完成的一组混凝土单轴拉伸试验验证了这个系统模型的合理性。同样的做法可以推广到其他更容易量测的混凝土加荷试验中,这将有助于正确认识混凝土试验结果的离散性。

基于Bayes方法的结构可靠性评估和预测

利用“信息窗口”的概念更新数据对已有结构耐久性评估和预测十分重要.按照Bayes思想,在MEDIC方法基础上发展了一种结构可靠性评估和预测的方法(Windows-RAISE).它不仅进一步发掘了MEDIC方法的数学背景,而且可以与我国的有关规程、规定相结合,将结构的可靠性分为4个等级进行评估和预测.通过不断引入新获取的已有结构可靠性的信息,可以对结构可靠性进行更为准确的评估和预测,为结构的修补、加固以及是否拆除重建提供了一个很实用的决策方法.

桁架结构材料非线性弹性问题的广义逆力法

通过回顾传统位移法和传统力法的思路,比较了两种传统方法,分别指出了它们在计算机求解材料非线性问题中的优缺点。从经典力法的求解思路出发介绍了用于桁架结构材料非线性弹性问题的广义逆力法(AforcemethodbasedonGeneralizedInverseMatrix,GIM),给出了该算法的推导思路及求解过程。特别指出了传统力法用计算机求解材料非线性问题所遇到的困难,对如何解决这些困难作了探讨,从而给出了结构力学计算的一个全新视角,也使得力法在计算机计算领域重新得到发展空间。广义逆力法是一种基于力法和广义逆矩阵理论的新的迭代解法,对于材料非线性问题,由于无需像传统的基于位移法的逐步增量法那样逐步递进计算,所以也称特大增量步算法(LargeIncrementMethod,LIM)。同时也指出了该算法在结构并行计算方面不同于传统的子结构并行计算的新的特点。做为一种新的迭代算法,也给出了该算法求解的唯一性和收敛性证明。

工程结构可靠性鉴定标准的展望

本文阐述了现行的工程结构可靠性鉴定标准(规程)中存在的问题,给出了工程结构可靠性鉴定标准的发展方向。

混凝土单轴拉伸的应变软化行为及描述

本文将试件和试验机置于一个系统中，对混凝土单轴拉伸试验的稳定性条件进行了分析并得到了单轴拉伸应变软件条件下部分的稳定平衡路径，结果表明，软化曲线的形状不仅与材料性质有关，还与试验机刚度和试件尺寸有关，此时不应将混凝土的软化性质单纯视为材料特性，在不同的软化阶段，应采用不同的模型表达，本文还将理论曲线与试验结果进行了比较，在软化段初上降部分模型结果与实验曲线符合较好。

空间刚架结构的广义逆力法

在结构计算中,根据算法中所采用的基本未知量的不同,结构分析方法可以分为力法、位移法和混合法。其中位移法由于适宜计算机处理而在结构计算领域得到了广泛的应用,经典力法相比之下应用就远不如位移法普遍,虽然力法本身在力学上有其独特的优势。广义逆矩阵做为一种较新的数学工具,自二十世纪五十年代诞生以来正日益表现出越来越旺盛的生命力。广义逆力法就是一种基于力法和广义逆矩阵理论的新的迭代算法。这种算法是一种完全适合计算机处理的力法方法。该算法的思路以及对于求解线弹性空间刚架结构问题的具体公式均在文中给出并给出了算例。从算例计算结果可以看到广义逆力法有着较好的计算效率和计算精度。该算法的提出为力法在计算机计算领域的应用开拓了新的发展空间。该算法在材料非线性问题和结构并行计算方面也有着较好的应用前景。

混凝土结构中的钢筋腐蚀及其耐久性计算

本文对混凝土中钢筋腐蚀的电化学过程从理论上进行了定量分析和描述,提出了钢筋腐蚀的物理模型。建立了一个具体计算模式,对四种典型情况分别进行分析,即:大气中普通钢筋混凝土结构;大气中预应力钢筋混凝土结构;海水中普通钢筋混凝土结构;海水中预应力钢筋混凝土结构。同时引入了结构寿命概念,根据腐蚀过程的计算定义四个控制时间来决定实际寿命。最后,给出了四个具体实例以及寿命与结构参量间的关系曲线,说明定量计算结构的耐久性是可能的。

重大土木与水利工程安全性及耐久性的基础研究

系统地介绍土木与水利学科在“九五”期间完成的 ,国家基础性研究重大项目 (攀登计划B)“重大土木与水利工程安全性与耐久性的基础研究”的主要成果。这个项目是以与国民经济息息相关的几种典型的重大结构 (高坝、大跨桥梁和高层建筑 )为依托 ,以结构“生命周期”施工、使用和老化三阶段为主线 ,系统地进行的有关结构安全性与耐久性的基础研究。这些成果对我国加大基础建设投入 ,实施西部大开发战略 。

从土木工程领域看21世纪的工程教育

文章从工程师与科学家的不同、几代工程师的特点切入,提出21世纪的工程师完整的知识结构和层次应该包含的内容,强调能力在工程领域中的重要性,并根据国际上的一些共识,提出21世纪的工程教育应有的一些新的教育理念,如“重视基础”、“以学生为中心”、“要把教学的重点从知识的传递转移到能力建设上去”等等。文章最后指出关键问题还是要有一流的教师和一流的教学。

材料非线性问题的广义逆力法有限元格式表达

广义逆(generalized inverse matrix,GIM)力法是一种从经典力法的求解思路中引发而出的基于力法和广义逆矩阵理论的一种新的迭代解法,对于求解材料非线性问题具有其独特的特点和优势。由于该法在解决材料非线性问题时无需像传统的基于位移法的逐步增量法那样逐步求解,故又称特大增量步算法(large increment method,LIM)。算法的整个求解过程可以分为整体阶段和局部阶段。材料非线性问题的广义逆力法具有完整的用有限元格式表达的通用求解过程和公式,尤其是算法局部阶段的一致弹塑性柔度和刚度矩阵的表达式。算例为平面应力问题算例。此外,广义逆力法在结构并行计算方面具有不同于传统的子结构并行计算的新特点。该算法的意义主要集中在两点:一是结构计算不再只是采用位移元和杂交元,而是采用了更适应计算机计算的力法方法;二是结构并行计算不再是传统的子结构并行计算,而是新形式的并行计算。

结合我国设计实践提高CAD信息利用和集成技术

我国当前大规模的工程建设为CAD技术的发展提供了良好的环境,同时,计算机硬件和软件技术的发展又为CAD技术的发展提供了可能。当今CAD技术的发展应注意各种信息的利用,而集成是CAD技术发展到一定程度后必然的趋势。介绍了目前我国CAD技术发展面临的问题,还介绍了基于事例的推理、图像矢量化、基于摄影测量的实物三维重建和信息集成等技术。

我国结构工程学科应优先发展的领域

本文简单介绍了当今结构工程学科发展的新特点和趋势,并根据我国的应用背景和学科发展的需要,详细叙述了我国结构工程应优先发展的领域。

从结构工程学科的演变看传统学科的革新

结构工程学科是古老的土木工程领域中的基础性学科。众所周知,各种建筑物、构筑物和工程设施都是在一定经济条件约束下,以工程材料制成的各种承重构件相互连成的组合体。它们在规定的使用期限内,除应满足工程的功能要求外,还必须安全地承受外部及内部形成的各种作用。

混凝土结构耐久性的实用设计方法

1989年9月,国际桥梁与结构协会(IABSE)在里斯本召开的“结构耐久性”学术会议上,日本土木工程师协会混凝土委员会提出了一个有关混凝土结构耐久性的实用设计方法,引起了人们的兴趣。

时变结构及高层建筑施工的安全分析

本文介绍了钢筋砼高层建筑在设计过程中由于忽视了结构的施工状太民造成不安全的隐患，文章引入了“时变结构”的概念，介绍了国内外在这方面所进行的前沿工作以及今后的发展方向。

警报：中国的工程安全

警报：中国的工程安全ＰｒｏｂｌｅｍｓｏｎＳａｆｅｔｙｄｕｒｉｎｇＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｉｎＣｈｉｎａ￥／／刘西拉（清华大学土木工程系，教授北京１０００８４）解决工程安全问题刻不容缓我国正在从事着世界上最大规模的基本建设。对一个发展中的国家来说，似乎...

关于建立拉/压弯剪扭统一计算公式的讨论

钢筋混凝土构件在拉/压弯剪扭的不同内力组合下,目前还没有一种可以被普遍接受的统一破坏理论。理论上长期不完善,直接影响到钢筋混凝土结构在各种复杂组合荷载下(特别是灾害荷载下)的强度计算。GB50010-2002《混凝土结构设计规范》[1]用试验数据回归的方法给出压弯剪扭组合受力下的剪扭承载力计算公式,但缺少拉弯剪扭的承载力计算公式。目前的修订工作是在2002版基础上加以改进,力图增加拉弯剪扭组合情况的承载力计算。作者基于近期的研究认为,钢筋混凝土构件在拉/压弯剪扭共同作用下的统一的计算公式实际上并没有解决,尽管根据目前的认识水平,新规范中构件承载力计算主要还是依靠试验数据回归,但是其基本内涵应该尽可能准确地反映构件破坏的机理,表达形式应该简明。这一点应该引起规范修订足够的重视。本文将以建立钢筋混凝土普通矩形截面构件在拉/压弯剪扭组合受力状态下的承载力公式为例,说明这个问题,以供今后进一步修改规范时参考。

一种新的随动不均匀强(软)化砼本构模型

通过对有关砼材料试验数据的认真分析 ,放弃了均匀强 (软 )化的传统假说 ,提出了一种由四种砼典型破坏试验数据标定材料加载面的实际形状和运动规律的新方法 .与只由一条轴压试验曲线标定的传统方法相比 ,该模型更加充分地利用了试验数据 .所建立的弹塑性随动强 (软 )化模型 ,不仅可以模拟混凝土材料的强化、软化和包氏效应 ,而且具有在考虑材料软化时无须将坐标系转到应变空间中的特点 .通过与试验结果的对比分析证明 ,正交法则可以很好地描述混凝土材料的塑性变形性能 ,所得到的刚度矩阵对称 ,能够节省大量的机时和计算费用 ,便于移植 .