基于改进遗传算法的大型体育场馆传感器优化布置研究

为高效、准确地对大型体育场馆结构进行健康监测,根据其结构特点,提出了一种基于多种群非支配重组遗传算法(MP-RGA)的传感器优化布置方法。引入二重编码解决离散优化问题,通过多种群策略提高算法的搜索能力,通过非支配重组解决以往遗传算法优化后期的多样性丧失问题,最后采用自适应化交叉、变异策略改善算法前期的收敛速度和后期的寻优能力。以西安国际足球中心屋盖为例,通过数值算例验证不同传感器布置数量下利用该算法确定传感器布置方案时的有效性。结果表明:与量子遗传算法(QGA)和粒子群算法(PSO)相比,多种群非支配重组遗传算法收敛速度更快,以模态置信度准则为目标的优化效果分别提升了41.88%和91.27%;依据所提算法优化得到的传感器布置方案实际应用效果良好,表明该算法适用于大型体育场馆的传感器优化布置问题。

基于机器学习的透水混凝土耐磨性能预测

本研究旨在利用机器学习模型进行透水混凝土耐磨性能预测。收集了150组透水混凝土耐磨性能试验数据并构建了数据库,采用特征相关性分析确定了6个输入参数,分别为骨料最大粒径、水胶比、砂率、骨胶比、粉煤灰掺量和旋转圈数。利用多种机器学习算法(XGBoost、Gradient Boosting、AdaBoost、Decision Tree和Random Forest)建立了透水混凝土磨损率预测模型,通过决定系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)对模型性能进行表征。研究结果表明,Gradient Boosting模型在训练集和测试集上均具有较高的准确性和较小的预测误差,与现有理论模型的比较分析也证实了Gradient Boosting模型在预测透水混凝土磨损率方面的优势。研究成果可为透水混凝土的设计和应用提供参考,并有望降低相关工程的维护成本。

配置多重复合箍筋的钢筋混凝土框架结构抗震性能

设计并制作了3根配置多重复合箍筋的钢筋混凝土柱,进行了低周反复荷载试验,基于Mander模型和修正Kent-Park模型建立了框架柱在不同约束条件下混凝土的本构模型,采用OpenSees对混凝土柱试件进行了有限元分析;通过与混凝土框架柱的试验结果对比,验证了多重复合箍筋约束的混凝土本构关系和框架柱建模的合理性,进一步建立了配置多重复合箍筋的钢筋混凝土复杂框架结构的有限元分析模型,并进行了时程反应分析。结果表明:3根多重复合箍筋约束混凝土柱的滞回曲线均呈较为饱满的弓形,表现出良好的塑性变形性能和耗能能力;有限元模拟结果中的峰值荷载与试验结果较为接近,滞回曲线形状与试验结果基本吻合,建立的有限元模型能较准确地分析该类复合配筋柱的受力性能;复杂框架结构的顶点位移在天津波作用下最大,在X,Y方向分别为341 mm和500 mm,结构整体位移角分别为1/120和1/82;最大层间位移角出现在框架结构第3层,在X方向和Y方向分别为1/66和1/57,均能够满足现行抗震设计规范要求;该钢筋混凝土框架结构的屈服顺序为梁端先于柱端发生屈服,实现了预期的"强柱弱梁"地震破坏机制。

铝合金筋体外预应力加固混凝土梁受力性能研究

铝合金具有轻质高强、延性好、低温脆断敏感性小、耐腐蚀等优点,可用于侵蚀环境及寒冷环境下结构体外预应力加固工程。本文对铝合金筋的材料性能进行试验研究,建立了铝合金筋本构关系模型,应用有限元程序ANSYS对既有体外预应力加固混凝土梁的受力过程进行模拟分析,通过计算结果和试验结果的对比分析验证了有限元分析模型的合理性。根据等截面原则和等强度原则,应用铝合金筋分别替换既有混凝土梁的体外预应力筋,对其进行有限元分析。结果表明,与传统体外预应力加固混凝土梁相比,采用等截面原则加固后的铝合金筋体外预应力混凝土梁,可以在适当提高延性的基础上,部分提高混凝土梁的承载能力;采用等强度原则加固后的铝合金筋体外预应力混凝土梁,可同时显著提高混凝土梁的承载能力和延性。

锈蚀钢筋混凝土柱的修正压-剪-弯分析模型研究

随着服役时间的增加,混凝土结构中钢筋易发生锈蚀,引起混凝土结构承载性能下降,严重影响工程结构的继续使用。该文在分析纵筋锈蚀后的屈曲效应、箍筋锈蚀后的约束效应、混凝土和钢筋材料性能劣化的基础上,建议了考虑锈蚀影响的钢筋、混凝土及锈蚀钢筋与混凝土界面粘结性能的本构模型,以锈蚀钢筋混凝土柱为研究对象,对反复荷载作用下钢筋混凝土柱的分析模型进行修正,建立了锈蚀钢筋混凝土柱压-剪-弯交互作用下极限承载力计算模型,并通过21根锈蚀混凝土柱的试验结果对建议分析模型进行了验证。研究结果表明:锈蚀钢筋混凝土柱极限承载力试验值与计算值之比的平均值为1.021,方差为0.014,建议模型极限承载力预测值与试验结果吻合较好,可用于低周反复荷载作用下锈蚀钢筋混凝土柱的承载力分析。

锈蚀钢筋混凝土梁的受弯分析模型

以锈损率较低的钢筋混凝土简支梁为对象,在平截面假定基础上,提出考虑钢筋、混凝土材料性能劣化和几何尺寸变化的受弯承载力计算公式;采用换算截面法计算锈蚀钢筋混凝土梁的等效刚度,给出考虑锈蚀钢筋、混凝土二者间黏结性能退化的有效刚度计算公式,建议锈蚀钢筋混凝土简支梁在集中荷载作用下跨中挠度的计算方法,并通过39根锈蚀钢筋混凝土梁的试验数据对建议受弯分析模型验证。研究结果表明:锈蚀钢筋混凝土梁受弯承载力试验值与计算值之比的平均值为1.100,方差为0.041,二者吻合较好;多数锈蚀试件按受弯分析模型计算得到的荷载-跨中挠度曲线与试验曲线吻合较好,变化趋势相当,建议受弯分析模型可为锈蚀钢筋混凝土梁的全过程受力分析提供参考。

低挥发聚酯亚胺无溶剂浸渍树脂的研究

采用低粘度树脂部分代替乙烯基单体,研制了一种低挥发聚酯亚胺无溶剂浸渍树脂。采用红外光谱、DSC等方法对树脂的结构及特性进行了表征,并研究了其高低温交变性能和毒性。结果表明:该树脂的挥发份低、储存稳定性优异、低温固化快、介质损耗因数低、耐高低温冲击性能优异,是一种环保、低毒的高低压通用的聚酯亚胺无溶剂浸渍树脂。

高强混凝土多重复合芯柱抗震性能试验研究

以某地铁站房工程为背景,设计并制作了8个高强混凝土多重复合芯柱试件,选取轴压比、箍筋形式、配箍率为变量,进行低周反复荷载试验研究,分析其破坏过程及形态,系统研究该类多重复合芯柱的滞回性能、骨架曲线、变形能力、刚度退化和耗能能力,应用Park-Ang损伤模型对该类新型混凝土柱的损伤演化规律进行分析,基于性能化设计理念给出高强混凝土多重复合芯柱的损伤指数与破坏程度的对应关系。研究结果表明:高强混凝土多重复合芯柱发生弯剪破坏和剪切破坏;随轴压比增大,峰值荷载增大,但变形性能和延性降低,承载力衰减和刚度退化加快,耗能能力明显减弱;随配箍率增大,芯柱试件滞回环面积增大,延性提高,承载力衰减和刚度退化减缓,耗能能力显著增强;配箍形式对芯柱试件耗能能力影响较大,其中试件C-SC-100和C-DC-100的滞回性能、变形性能、耗能能力明显改善,表明外螺旋内圆和内外双圆箍筋的配箍方式增强了核心区混凝土的约束,从而提高该类芯柱的抗震性能;层间位移角1/50时,各试件损伤指数D为0.17~0.35,均未发生严重破坏,表明该类多重复合芯柱抗震性能较好,复合芯柱最终破坏时的层间位移角为1/29~1/21,且损伤指数均大于1。

新型装配式混凝土框架节点抗震性能试验研究

为了改善装配式混凝土框架结构的抗震性能,实现装配式结构震后具有一定的可修复功能,通过在梁端塑性铰区纵向钢筋上串联碟簧装置为节点提供恢复力并保护塑性铰区混凝土,提出一种基于全灌浆套筒连接的新型装配式混凝土框架节点。设计并制作钢筋混凝土现浇节点试件、采用全灌浆套筒连接的装配式混凝土框架节点试件和内置碟簧装置的新型装配式混凝土节点试件各1件,通过低周往复试验分析节点试件的破坏过程、滞回特性、耗能能力等抗震性能,并采用数字图像相关法(Digital Image Correlation,DIC)对框架节点的破坏特征进行分析。试验结果表明:新型装配式混凝土节点的耗能和抗震性能优于普通灌浆套筒连接的装配式混凝土框架节点;碟簧装置在新型装配式节点加载过程发挥了类似阻尼器的作用,将节点核心区的一部分损伤转移到梁端内置碟簧区域,具有集中损伤的特性;DIC技术能够预测和记录试件在加载过程中的裂缝开展和破坏过程,可精细化分析试件破坏特征,适用于钢筋混凝土结构的裂缝分析和损伤监测。

铝合金配筋新型混凝土梁试验研究

对6根铝合金配筋新型混凝土梁试件进行了单调静载试验,研究该类新型混凝土梁的破坏机理,分析铝合金配筋混凝土梁的破坏过程、荷载-跨中挠度曲线以及纵筋应变和弯曲裂缝等的变化规律。研究结果表明:铝合金配筋新型混凝土梁发生弯曲破坏和粘结破坏2种典型模式,其中受弯破坏模式表现为铝合金纵筋拉断失效或受压区混凝土压溃失效,粘结破坏模式主要由"拱机理"导致,表现为试件在支座处锚固破坏或斜截面混凝土剪压破坏;该类新型混凝土梁的极限荷载和名义屈服荷载非常接近,二者之比均小于1.15;发生弯曲破坏的铝合金配筋混凝土梁试件的荷载-跨中挠度曲线可分为弹性阶段、带裂缝工作阶段和破坏失效阶段。

锈蚀预应力混凝土梁承载力及破坏模式研究

随着服役时间增长,侵蚀环境下预应力混凝土梁因受力筋发生锈蚀而造成其延性与承载力降低,严重影响结构的安全使用。为分析侵蚀环境下预应力混凝土梁的承载性能,以集中荷载作用下锈蚀预应力混凝土梁为研究对象,分析混凝土梁锈蚀后各材料性能的劣化与预应力对其承载能力的影响,基于桁架-拱模型给出了桁架作用与拱作用的荷载分配系数,建立了预应力混凝土梁承载力计算模型及破坏模式判别方法,并通过76根预应力混凝土梁的试验数据对建议模型进行验证。研究结果表明:预应力混凝土梁承载力试验值与计算值之比的平均值为1.116,方差为0.033,吻合较好;基于建议分析模型对预应力混凝土梁破坏模式的预测判别与试验梁破坏模式符合程度较高,且该模型能反映预应力混凝土梁随着锈蚀程度增大其破坏模式发生演变这一特征。该文建议的理论模型可用于锈蚀预应力混凝土梁的承载力计算与破坏模式预测分析。

钢绞线(丝)网-聚合砂浆加固混凝土梁的变形计算

钢绞线(丝)网-聚合砂浆加固技术是一项新型加固工艺,具有耐火、耐腐蚀、耐老化等优点.在以往试验研究的基础上,采用换算截面法计算加固梁的等效刚度,推导出加固梁正常使用阶段在集中荷载作用下跨中挠度的计算公式,并通过46根加固梁的80组试验数据对其验证,吻合良好,结果可为实际工程加固设计提供参考,同时也为进一步研究加固梁的力学性能建立理论基础.

钢筋混凝土梁-柱-板边节点抗剪强度计算模型

根据钢筋混凝土梁-柱-板边节点的破坏特点,对软化拉压杆模型中框架节点有效宽度的计算方法进行修正,并考虑现浇板中配筋对斜压杆高度的影响,提出含正交梁的钢筋混凝土梁-柱-板边节点的修正软化拉压杆分析模型,并应用该模型对国内外11个框架边节点试件的受剪性能进行理论分析。研究结果表明:对于"等强"节点试件,修正软化拉压杆模型计算得到的框架节点受剪承载力与软化拉压杆模型计算结果相比和试验结果吻合更好,而现行规范建议设计方法计算值比试验值大,核心区存在安全隐患;对于"强节点"试件,修正软化拉压杆模型可以合理地预测梁-柱-板边节点的破坏模式,由该建议模型计算得到的框架节点受剪承载力比现行规范建议设计方法计算结果保守,可确保框架结构安全可靠。

锈蚀钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力计算

侵蚀环境下混凝土结构中钢筋易于发生绣蚀,造成混凝土、钢筋等材料力学性能劣化、界面粘结性能退化以及构件截面几何尺寸变化,导致服役期混凝土结构承载能力下降,严重影响结构的安全使用。以锈蚀钢筋混凝土简支梁斜截面为研究对象,在分析锈蚀对钢筋混凝土梁抗剪强度影响的基础上,提出了集中荷载作用下锈蚀钢筋混凝土梁抗剪强度的计算模型,应用拉压杆模型对锈蚀梁的受剪承载力进行了计算,并通过75根锈蚀梁的试验结果对建议计算模型进行验证。结果表明:锈蚀钢筋混凝土梁受剪承载力试验值与计算值之比的平均值为1.226,方差为0.028,试验值与理论值的相关性系数为0.968,建议模型抗剪强度预测值与试验结果吻合较好。

基于延性破坏准则的钢管混凝土圆柱低周疲劳寿命研究

将钢筋混凝土结构的等效延性破坏准则应用于钢管混凝土圆柱的低周疲劳寿命分析,提出了钢管混凝土圆柱的低周疲劳寿命计算方法,综合考虑了结构的首超破坏和累积损伤。建立了钢管混凝土圆柱的低周疲劳寿命拟合曲线,拟合公式的相关系数为0.971;通过23根钢管混凝土圆柱的低周疲劳试验结果对提出的计算方法进行了验证。结果表明:建议计算模型能够较好地反映钢管混凝土圆柱在不同位移延性水平下的疲劳寿命。

锈蚀钢筋混凝土柱的强度-变形分析模型

对锈蚀钢筋混凝土柱的抗震性能进行了试验研究,分析锈蚀试件的破坏过程和破坏特点,重点研究了柱纵筋锈蚀率和轴压比对锈蚀钢筋混凝土柱受力性能的影响。在试验研究基础上,对反复荷载作用下钢筋混凝土柱的分析模型进行修正,建立了锈蚀钢筋混凝土柱的压-剪-弯交互作用分析模型,应用改进斜压场理论、传统截面分析法对锈蚀钢筋混凝土柱的受剪机理、受弯机理进行分析,通过锈蚀压弯构件轴向应变的变形协调将受弯模型和受剪模型结合,最终计算获得锈蚀钢筋混凝土柱的承载能力和极限变形,并通过12根锈蚀钢筋混凝土柱的试验结果对建议分析模型进行了验证。研究结果表明:锈蚀钢筋混凝土柱承载能力试验值与计算值之比的平均值为1.107,方差0.010,吻合较好;锈蚀试件按建议分析模型计算得到的极限变形与试验数据接近,平均值为0.873,方差0.051。因此,建议模型可分析水平反复荷载作用下锈蚀钢筋混凝土柱的极限变形和承载能力。

M42高速钢中的夹杂物

采用金相显微镜、扫描电镜、电子探针和化学分析等多种试验方法研究了Ｍ４２钢中的夹杂物。其中细而短的条状（Ｍｎ，Ｆｅ）Ｓ沿加工方向分布在钢中，钢中的氧化物多为块状，串状的较少，并以复合氧化物为主。国产钢中的氧化物不多，最大尺寸不超过２０μｍ。但从日本日立公司进口的冷拔材中，个别的氧化物颗粒尺寸超过了４０μｍ，并且还含有大量的氧化钛夹杂物。这些硬而脆、形状不规则的夹杂物对钢的韧性是不利的。

预应力铝合金筋嵌入式补强钢筋混凝土梁裂缝分析与计算

完成了7根预应力7075铝合金筋嵌入式补强混凝土梁试件的四点弯曲静载试验,应用非接触式数字图像相关法对混凝土加固梁的裂缝形成、分布、裂缝宽度和间距进行分析,研究了铝合金加固量、预应力以及预应力水平对嵌入式补强混凝土梁试件破坏模式和裂缝特性的影响。试验研究表明:铝合金筋嵌入式补强法可以显著提高混凝土梁的承载能力,施加预应力进一步增强加固梁的强度并延缓混凝土开裂和钢筋屈服;端部锚固有效避免了加固梁试件发生剥离破坏,提高高强铝合金强度利用率;施加预应力、增大加固量和提高预应力水平,均可以有效控制裂缝扩展,减小裂缝宽度和间距;根据中国《混凝土结构设计规范》(GB 50010−2010)对嵌入式非预应力/预应力铝合金筋补强混凝土梁的裂缝宽度和分布进行了计算,理论计算值与试验结果吻合良好,结果表明:中国混凝土结构设计规范给出的正常使用状态下最大裂缝宽度计算方法能够较好地考虑预应力、加固筋数量以及预应力水平对最大裂缝宽度的影响,适用于嵌入式补强钢筋混凝土受弯构件的裂缝计算与分析。

锈蚀钢筋混凝土梁地震损伤分析

对12根锈蚀钢筋混凝土梁进行了地震损伤分析,得到锈蚀梁地震损伤指数随加载循环水平的变化曲线,即D-N曲线,分析了锈蚀钢筋混凝土梁地震损伤演化规律以及钢筋锈蚀率、试件破坏形式对地震损伤指数的影响。研究结果表明:锈蚀钢筋混凝土梁地震损伤指数随循环水平的增加而增大,且地震损伤指数增长速率逐渐加大;同一循环水平下锈蚀梁地震损伤指数随锈蚀率的增加而增大,而对于锈蚀率低于5%的锈蚀混凝土梁试件,由于锈蚀改善了钢筋与混凝土间的粘结性能,其损伤指数略低于未锈蚀梁的损伤指数;纵筋与箍筋同时锈蚀的混凝土梁地震损伤演化规律与仅箍筋锈蚀的混凝土梁损伤演化类似;随着锈蚀率增大,锈蚀钢筋混凝土梁将由弯曲破坏演变为剪切破坏,与发生弯曲破坏的锈蚀梁相比,锈蚀梁发生剪切破坏时地震损伤指数较小,但绝大多数损伤指数均大于0.6;锈蚀钢筋混凝土梁地震损伤模型中试件经历的循环加载位移幅值对损伤指数起主控作用。

铝合金筋加固混凝土梁界面黏结性能与剥离承载力研究

通过试验研究与有限元模拟计算,分析了铝合金筋嵌入式加固混凝土梁的破坏模式和承载能力,对比了不同的剥离承载力计算模型,获得了铝合金筋应力和应变以及界面黏结应力沿梁跨度方向的分布曲线,推导出界面黏结-滑移关系和剥离承载力计算公式。结果表明:铝合金筋加固混凝土梁界面剥离破坏模式分为界面剥离破坏和混凝土保护层剥离破坏,混凝土梁加固后,抗弯性能和变形性能均得到改善;界面剥离破坏是由跨中弯曲裂缝引起的局部界面黏结失效,最终延伸至加固筋一端从而造成加固筋剥离;混凝土保护层剥离破坏是由于加固筋端部应力集中,造成周围混凝土保护层发生剥离脱落;沿着梁的跨中至梁端方向,铝合金筋的应力和应变逐渐降低,界面黏结应力先增大后减小且应力最大值随荷载的增加而增加;铝合金-结构胶界面和结构胶-混凝土界面的黏结-滑移关系曲线可分为4个阶段,即弹性阶段、弹性软化阶段、弹性软化剥离阶段和软化剥离阶段;建议的计算模型可以较准确地预测铝合金筋加固混凝土梁的剥离承载力。