土木工程专业课程思政无痕融入方法的探索与实践——以组合结构课程为例

为实现土木工程专业中思政内容的无痕融入,针对土木工程专业课程理论难度大、专业知识多的普遍特点,以组合结构专业课程为例,探讨从课程内容、实践教学、考核体系、教材建设等方面全方位建设思政元素的方法与可行性,开展教学模式与教学方法改革以解决“学时少、内容多”的教学矛盾,阐述上述课程思政建设方案与改革措施在本科生与研究生组合结构专业课中实施的效果,以期为土木工程专业课题提供参考。组合结构课程是土木工程专业本科生与研究生教学的重要内容,但是组合结构理论复杂、形式多元,教学难度大,在组合结构课程中无痕融入课程思政,对教师的教学设计、授课技巧、教学模式等提出了新的挑战。为此,在课程内容建设方面,增加“工程案例库”“八百壮士精神”等思政内容,穿插“工程问题案例剖析”“学术前沿”等思政元素;在试验教学中,增加“试验设计”“学术研讨”等环节;在考核体系中,增加“团队项目”。在教学模式方面,开展“多渠道”授课、与国际高水平学者共建课程,实现教学从课堂向课外、从国内向国际的有效延伸。在教学方法方面,实施多种电子教学媒介综合教学法,实现个性化教育。经过上述思政内容建设与教学方法改革,课程得到了留学生与中国学生的一致好评,学生成绩优秀率达到30%。

深圳岗厦北综合交通枢纽大尺寸钢管混凝土半埋 入式柱脚性能试验研究

深圳岗厦北综合交通枢纽位于地下空间资源紧张的城市核心区,规模巨大且荷载工况复杂,核心换乘区设有51.2m×48.0m的无柱超大跨中庭。为解决由场地条件限制导致的柱脚埋深不足问题,结合已有研究成果和工程实践经验,依托深圳岗厦北综合交通枢纽,提出并设计了半埋入式钢管混凝土柱脚节点。为检验节点可靠性,通过1/5大比例缩尺模型试验结合数值分析研究了轴力、剪力和弯矩共同作用下的半埋入式柱脚节点的力学响应,分析了柱脚内部的应力分布规律,揭示了同时设置环板和栓钉作为抗剪连接件时的工作机理。分析结果表明:设计荷载工况下,钢管混凝土柱轴力主要通过环板和柱脚底板传递,弯矩主要通过钢管侧壁承压传递;环板埋深较浅时可以获得较高的传力效率,但其下部混凝土易出现应力集中;钢管侧壁栓钉在埋置深度范围内均能够较好地发挥抗剪作用。承台下部桩基布置合理,设计荷载工况下未见承台冲切破坏特征、节点整体处于弹性工作状态;1.2倍设计荷载工况下节点刚度仍未见明显退化,节点混凝土未出现压溃或剥落,表面无可见裂缝发展,各关键位置钢材应力低于材料强度。设置环板和栓钉作为剪力连接件的半埋入式柱脚可以实现对钢管混凝土柱的可靠嵌固,提出的采用抗剪环板加强的钢管混凝土半埋入式柱脚节点设计与构造方案合理可行,满足结构安全要求。

轴压荷载作用下双钢板-混凝土组合剪力墙中钢板屈曲性能研究

双钢板-混凝土组合剪力墙作为建筑物中的抗侧力构件,具有承载力高、耗能能力强和延性好等优点。在高层和超高层建筑结构中,双钢板-混凝土组合剪力墙需要承担一定的竖向荷载,钢板在正常使用阶段要求不发生弹性屈曲。钢板初始几何缺陷是影响双钢板-混凝土组合剪力墙轴压荷载下钢板屈曲应力的重要指标,而在以往的研究中,钢板屈曲应力的计算方法并未予以考虑。基于前期的双钢板-混凝土组合剪力墙轴压试验研究,采用分析软件ABAQUS建立了双钢板-混凝土组合剪力墙轴压试件有限元模型,模型中引入了钢板的初始几何缺陷,从钢板屈曲应变、荷载-位移曲线和破坏模态等方面与试验结果进行对比,验证了模型分析结果的合理性。在此基础上进行参数分析,系统研究了钢板初始几何缺陷、钢板距厚比和钢材屈服强度等参数对钢板屈曲性能的影响规律,基于试验和数值模拟分析结果,提出了考虑钢板初始几何缺陷影响的双钢板-混凝土组合剪力墙钢板屈曲应力计算方法。

钢管混凝土框架-钢板剪力墙结构滞回性能研究

钢板剪力墙具有承载力高、延性好、耗能能力强等优点,将抗震性能优越的钢板剪力墙用于钢管混凝土框架中形成钢管混凝土框架-钢板剪力墙结构体系。对这种组合结构体系和钢管混凝土框架在滞回荷载作用下的性能进行试验研究,研究结构体系的承载力、延性和耗能能力等指标,分析钢板剪力墙对结构体系的承载力和耗能能力的提高幅度;同时采用有限元软件分析结构体系的性能,有限元计算结果和试验结果吻合较好,验证有限元分析模型的正确性。研究结果表明:钢板剪力墙具有较高的承载力、良好的延性和优越的耗能能力,和钢管混凝土框架具有良好的协同工作性能,钢板剪力墙的存在显著提高结构体系的承载力和耗能能力;在该文分析的结构体系中采用混合杆系模型可以较好模拟钢板剪力墙的滞回性能,结构体系分析模型也为钢管混凝土框架-钢板剪力墙结构体系在实际工程中的应用提供参考。

矩形钢管高强混凝土中长柱轴压构件的试验研究与理论分析

进行了 10根矩形截面钢管高强混凝土中长柱轴压构件的试验研究 ,目的是分析长细比、含钢率和截面长宽比对中长柱轴压构件的影响。同时 ,采用数值分析的方法 ,编制了适用于矩形钢管高强混凝土轴压构件的非线性计算程序 ,理论分析结果和试验结果进行了对比 ,两者吻合较好。在此基础上 ,利用所编制的非线性分析程序 ,分析了含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度和截面长宽比等因素对轴压构件长细比 -稳定系数相关曲线的影响。研究结果表明 :构件的稳定承载力主要和长细比有关 ,随着长细比的增大迅速降低 ;截面长宽比在 1 0～ 1 6的范围内变化时 ,对稳定系数和相对跨中挠度的影响很小。

矩形钢管高强混凝土压弯构件的实验研究

为了分析长细比、偏心率及含钢率对矩形钢管高强混凝土压弯构件力学性能的影响,进行了8根矩形截面钢管高强混凝土单向偏压构件的试验研究.结果表明:构件承载力随长细比和偏心率的增加逐渐降低;提高构件的含钢率可以减小跨中挠度;当构件含钢率低于8%时,达到极限承载力之前将发生局部失稳.试验结果同设计规程EC4、LRFD、AIJ计算结果的对比表明,规程LRFD和AIJ的计算结果偏于保守,规程EC4的计算结果和试验结果较为接近.

带有加劲肋的大长宽比薄壁矩形钢管混凝土试验研究与理论分析

矩形钢管混凝土在双向压弯荷载作用下截面受力不对称,随着荷载的变化变形轴发生扭转,本文结合贵州洪家渡水电站钢管混凝土厂房柱的设计,对大长宽比的薄壁加劲矩形钢管混凝土构件在双向压弯荷载作用下的性能进行了理论分析,研究了构件的变形、截面内力和截面变形轴随荷载的变化。同时对截面长宽比为2.4的4根带有加劲肋的矩形薄壁钢管混凝土构件进行了双向加载试验研究。结果表明:双向加载的矩形钢管混凝土构件截面变形轴扭转会显著影响构件的受力性能、降低构件的承载力;随着截面长宽比的增加,承载力降低幅度增大;薄壁板件的加劲肋改变了钢板的屈曲模态,提高了钢板的屈曲承载力。最后试验结果和国内外典型矩形钢管混凝土设计规程的计算结果进行对比,对比结果表明:现有规程偏于保守地计算了大宽厚比矩形钢管混凝土双向压弯构件的承载力。

薄壁及加劲圆钢管的抗弯性能研究

风力发电作为一种可再生能源在国内外得到了迅速的推广和应用,而塔筒是风力发电设备的重要承载构件,其设计对于结构的安全至关重要。塔筒常采用薄壁圆形截面,主要承受弯矩作用,而国内外对其研究较少,文章针对大径厚比薄壁圆钢管的受弯性能进行研究,完成6个大径厚比薄壁圆钢管和4个加劲薄壁圆钢管的抗弯性能试验,试件的主要设计参数为径厚比和加劲肋,构件的径厚比从100变化到300;同时采用有限元分析钢管初始几何缺陷对受弯承载力的影响。研究结果表明:径厚比较大时,钢管受压区出现局部屈曲,将显著降低构件的延性,同时降低其承载力;加劲肋的设置有效限制了受压区钢管的局部屈曲,改变了构件的破坏模式,提高了构件的延性和承载力。初始几何缺陷会降低构件的抗弯承载力,随着径厚比的增加降低的幅度逐渐增大,因此在实际工程中要严格限制钢管的初始几何缺陷幅值。

方钢管混凝土中钢管屈曲承载力研究

钢管混凝土中钢管的高厚比越大,用钢量越少越经济,但当高厚比超过一定限值后钢管仍不可避免地产生局部屈曲;因此研究钢管混凝土中钢管的屈曲性能对于薄壁钢管混凝土设计具有重要指导意义.本文对24根空钢管和钢管填充混凝土后钢管的力学性能进行试验研究,试件的宽厚比为50～125;同时采用有限元软件Abaqus分析了钢管混凝土中钢板的屈曲性能,数值分析结果和理论分析结果进行对比,两者吻合较好.结果表明:钢管填充混凝土后改变了钢管的屈曲模式,明显提高了钢管的屈曲承载力,承载力的提高幅度随截面宽厚比的增加而增大.

不同加载模式下方钢管混凝土力学性能试验研究与理论分析

对钢管和混凝土同时受力和核心混凝土受力的构件进行了试验研究,考虑了钢管和混凝土之间的粘结力对构件力学性能的影响。同时采用有限元法对钢管和混凝土同时受力、核心混凝土受力和钢管存在初应力的构件进行了理论分析。理论分析结果和该文的试验结果进行了对比,验证了理论分析的正确性。在此基础上对比分析了3种加载模式下构件受力性能的异同,分析了钢材屈服强度、混凝土强度、含钢率等参数对构件力学性能的影响。研究表明:当含钢率较低时,钢管与核心混凝土同时受力构件的刚度和承载力要明显高于核心混凝土受力时构件的刚度和承载力;在3种不同加载模式下,试件的承载力都要高于钢材和混凝土两者承载力的简单叠加;核心混凝土受力时构件的延性要优于同时受力时构件的延性;钢材屈服强度对核心混凝土受力构件的承载力影响很小,提高钢材屈服强度能提高构件的延性。

钢管填充混凝土后屈曲承载力分析

为了研究钢管填充混凝土后钢管的力学性能,同时分析钢板的初始几何缺陷、残余应力及钢板屈曲后强度对填充混凝土后钢管的影响,采用大型有限元分析软件建立分析模型,并通过理论分析结果和实验结果的对比验证理论分析的正确性,在此基础上进行大量分析.研究结果表明:钢管混凝土中钢管的相对宽厚比≤50时,钢板在达到极限承载力之前没有屈曲现象产生;当相对宽厚比>50后,钢板会出现局部屈曲从而降低板件的承载力.钢板的初始几何缺陷和残余应力在一定程度上降低了大宽厚比下钢板的屈曲承载力,钢板屈曲后强度的存在明显提高了大宽厚比下钢板的屈曲承载力.通过分析给出了大宽厚比下钢管混凝土中钢板的承载力简化计算公式,可用于具体工程设计.

钢管填充混凝土后弹性与弹塑性屈曲分析

采用有限条法分析了方钢管填充混凝土后的弹性及弹塑性屈曲性能,考虑了钢板受均匀压应力作用和应力梯度变化两种工况,计算了钢板的临界屈曲应力,分析了残余应力对临界屈曲应力的影响.结果表明:当截面相对宽厚比低于30时,钢管内部填充混凝土并不能提高钢管的屈曲承载力;截面宽厚比超过30以后,随着截面宽厚比的增加,钢管内部填充混凝土后对钢管承载力的提高幅度越来越大,承载力提高幅度最大为空钢管承载力的2.58倍;并能有效提高钢板的抗弯屈曲承载力;残余应力的存在使得钢板在弹性和弹塑性阶段的屈曲承载力降低,残余应力越大,临界屈曲应力越低.

截面长宽比对矩形钢管高强混凝土力学性能的影响

采用数值分析方法分析了矩形钢管高强混凝土轴压短柱、偏压短柱、轴压长柱、偏压长柱及受弯构件的力学性能,理论分析结果和试验结果进行了对比,两者吻合较好。在此基础上利用数值分析程序,通过大量算例的计算,分析了截面长宽比对矩形钢管混凝土轴压、偏压构件及受弯构件力学性能的影响.研究结果表明：截面长宽比在1.0~1.6内变化时对矩形钢管混凝土轴压构件承载力的影响很小,对构件纵向应力-应变关系曲线的下降段有较显著影响;当长细比相同时,截面长宽比对压弯构件相关曲线的影响也较小;矩形钢管混凝土绕强轴的抗弯承载力和刚度随着截面长宽比的增加而增大,绕弱轴的变化规律正好相反.

半刚性连接钢框架关键柱破坏后动力响应分析

框架中关键柱破坏后,节点的连接刚度将会影响剩余结构的内力重分配及动力响应。建立了9层Benchmark钢结构模型,以端部约束系数r为参数,采用拆除构件法对关键柱破坏后结构体系的动力响应进行了分析,同时分析了不同位置柱破坏对结构体系的影响。分析结果表明:与失效柱相连处的梁其靠近失效点的梁端弯矩随节点连接刚度的增加并无明显变化规律,远离失效点的梁端弯矩随节点连接刚度的增加而增大;与失效柱相连处的梁中轴力随节点连接刚度增大而急剧减小,节点连接刚度大于一定值时,梁中轴力变化不明显;节点连接刚度的提高可以减小结构中关键构件的内力及变形,提高结构的抗倒塌能力。

帽型组合扁梁力学性能分析

本文采用三维有限元分析软件ABAQUS对帽型组合扁梁的力学性能进行了分析,模型中考虑了混凝土受拉开裂及钢筋在混凝土板中的分布,采用节点耦合和弹簧单元两种方法模拟栓钉的力学性能。有限元分析结果和试验结果进行了对比,验证了理论分析的正确性。研究结果表明:帽型组合扁梁具有良好的延性;加载点沿跨度方向作用点不同对组合扁梁的力学性能影响很小;混凝土开裂后剪力连接件的存在能提高构件在弹塑性阶段的刚度和承载力;对比结果表明,采用弹簧单元能较好模拟栓钉的力学性能。

方形、矩形钢管高强混凝土受弯构件的理论分析与试验研究

基于从试验中剥离出来的混凝土和钢材的应力 -应变关系 ,采用数值分析的方法对方形、矩形截面钢管混凝土受弯构件的力学性能进行了分析。同时 ,进行了 6根方形、矩形钢管高强混凝土受弯构件的试验研究 ,研究构件纯弯段的受力性能 ,并与理论分析结果进行了对比 ,发现两者吻合较好。在此基础上 ,利用程序分析了钢材的屈服强度、混凝土强度、含钢率、截面长宽比对构件抗弯性能的影响。

基于“创新研修课”的小班教学模式探讨

文章结合哈尔滨工业大学开设的"创新研修课",针对小班创新性授课模式进行探讨,在小班授课中引入翻转课堂教学方法,提高学生的自主学习能力和交流能力;结合小班授课模式进行小型学术会议模拟,提高学生的表达能力;将演示实验课融入教学内容中,通过演示性实验使学生了解新型结构构件的受力机理和破坏模式,进一步加深学生对所学知识的理解和认识;最终课程的累加式考核方式兼顾了各个教学环节,有利于激发学生的积极主动性。

土木工程专业钢结构课程群的构建与实践

本文论述了以《钢结构基本原理与设计》课程为核心的钢结构课程群的建设,建立了完备的钢结构课程群教学体系;同时将课堂教学与创新实践相融合,密切结合科学研究与课堂建设,加强课程群的国际化建设;通过课程群体系的合理构建,实现学生创新能力的培养,实现了科研成果向教学资源的合理转化,培养了具有国际视野的钢结构人才。

方钢管高强混凝土轴压短柱的试验研究

进行了24根方钢管高强混凝土轴压短柱的试验研究,采用的混凝土强度fcu10为59 7～79 6MPa.通过实验分析了混凝土强度、含钢率和套箍系数对方钢管高强混凝土试件力学性能的影响.研究结果表明,混凝土强度是决定方钢管高强混凝土轴压短柱破坏模式的主要因素,混凝土强度较低时试件表现为腰鼓形破坏,随着混凝土强度的提高,试件的破坏模式由腰鼓形向剪切形转变;钢管截面宽厚比70时,达到极限承载力之前钢管出现明显的局部鼓曲现象;混凝土强度提高系数随着套箍系数的增加而增大.

两边连接钢板剪力墙试验与理论分析

通过对仅与框架梁连接的两边连接钢板剪力墙在往复荷载作用下的试验,探讨了其滞回特征和耗能能力.结果表明该类剪力墙具有较高的初始刚度和承载力,受荷后期沿对角线形成拉力带,利用屈曲后性能承担荷载并耗能,具有稳定的耗能能力,延性系数超过5.0,符合现行国家规范的设计要求.采用有限元分析方法研究了钢板高厚比和跨高比对骨架曲线的影响,提出了便于应用的骨架曲线简化模型和计算方法.