基于模糊层次分析法的建筑工程专业课程设置优选评定方法研究

为贯彻落实国家新工科教育发展战略,适应“大土木”培养目标要求,文章针对建筑工程专业课程设置优选问题,提出了基于模糊层次分析法的建筑工程专业课程设置优选方法,并给出了建筑工程专业课程优选流程。首先,通过层次分析法确定评价指标的权重;其次,运用模糊综合评价理论进行综合评估;最后,通过具体案例说明实际应用情况。研究结果表明,这种优选评定方法在实际应用中表现出了良好的可行性和易操作性,其能够考虑多目标决策模型,借助模糊综合评价理论建立隶属度函数及与建筑工程专业课程设置方案优选相关的综合评估指标体系。同时,通过这一指标体系,还可综合评定出最优的建筑工程专业课程设置方案。

体外预应力加固变截面连续刚构极限应力计算方法研究

为研究体外预应力加固变截面连续刚构体外束极限应力计算方法,首先,以两座背景工程为例,验证并评价了《规范》公式对于变截面连续刚构加固体系体外束极限应力计算的适用性;其次,在塑性铰个数计算的《规范》公式基础上,引入塑性铰个数修正系数α1以考虑连续刚构结构体系与实际破坏模式下截面转角特征,偏安全地提出加固体系破坏极限状态下塑性铰个数计算的修正公式;然后,通过对中支点失效模型与等效塑性区截面应变分布进行分析,提出中支点截面修正系数α2以考虑中支点截面变化对加固体系体外束有效长度的影响,经理论推导得出α2简析表达式,最终导出变截面连续刚构加固体系体外束极限应力计算修正公式;最后,对已有文献中3个算例进行计算,对比验证修正公式的正确性与适用性。结果表明:应用《规范》公式计算变截面连续刚构加固体系体外束极限应力将产生较大的偏差,且使设计结果偏于不安全,原因在于《规范》公式对变截面连续刚构体外束加固体系在破坏极限状态下塑性铰个数计算偏多及对于连续刚构中支点截面与跨中截面特性的差异考虑不够充分;提出的修正公式对变截面连续刚构体外束加固体系体外束极限应力的计算具有较高的精度与较好的适用性,最大误差在10%以内,能够满足工程计算精度的要求,且使结构设计偏于安全,能够对体外预应力加固变截面连续刚构承载能力极限状态设计提供参考。

基于实际损伤的桥梁体外预应力加固锚固区应力分析与配筋设计

为准确计算桥梁体外预应力加固锚固区应力,指导锚固区配筋设计,以一座4跨预应力混凝土连续刚构桥为背景,提出一种基于实际损伤的体外预应力加固锚固区应力分析与配筋设计方法。首先根据连续刚构桥下挠计算参数敏感性分析结果,确定计算参数组合,建立锚固区局部分析有限元模型;然后基于容许应力法对锚固区进行应力分析;最后对锚固区三向应力较大区域进行配筋设计。以3座桥梁为算例计算锚固区配筋量,并与基于全桥有限元法的实桥配筋结果进行对比,结果表明:采用该方法计算的锚固区横桥向、竖向和单锚局部承压区配筋量与采用全桥有限元法计算的配筋结果基本接近。该方法考虑了加固前原结构的损伤,对于非规则、异形锚固构造也具有适用性,同时避免了冗繁的全桥有限元建模与计算过程。

美国土木工程专业本科培养方案解读及启示——伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校

土木工程作为最具代表性的工科传统专业之一,制定合理的土木工程培养方案对培养高素质人才和推进“新工科”建设具有重要现实意义。采用比较分析方法,阐述了美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(UIUC)土木工程本科培养方案的核心内容,特别对课程体系的设置原则和规定做了详细解读。发现:专业理论课程占比达52.3%,特别注重其中工具课程(如工程数学和计算机语言等)的设置;专业核心课程中划分出十个领域的课程体系(包括七个传统领域:施工技术与管理,建筑材料,环境工程,岩土工程,结构工程,交通运输工程,水资源工程与科学;三个跨学科领域:能源—水—环境可持续性,社会风险管理,可持续和韧性基础设施系统),规定在其中同时选择两个不同的领域作为主修领域和辅修领域;开设了写作原理和科技写作课程,强调科技写作能力的培养;倡导教师顾问制度,提倡教师为学生提供全过程全方位的咨询和辅导。UIUC土木工程专业培养方案体现出如下特点:课程划分细致保证了课程讲授的难度和深度、课程体系选课灵活且操作性强、同时选定主修领域与辅修领域兼顾了专业知识的深度和广度、选修预备课程的硬性规定保证了课程体系的有效衔接、新生制定课程安排计划书需校方多级签认避免了学生盲目选课等,对我国土木工程本科专业优化人才培养模式、提高人才培养质量、促进教育教学改革具有借鉴作用。

考虑应力-挠度耦合效应的连续刚构体外束合理加固时机研究

体外预应力加固时机的选择是否合理将对结构承载能力、使用性能的提升及全寿命周期成本产生显著影响。为解决以上问题,以某体外束加固连续刚构桥为依托工程,通过计算在不同初始挠度下体外束加固前、后结构最大主拉应力、挠度增量,确定主要控制参数取值范围。基于加固前后最大主拉应力-挠度耦合分析,以主拉应力限值为控制指标,从挠度控制的角度提出了体外束合理加固时机。结果表明,当体内预应力损失在10%以内,结构最大主拉应力、挠度增量变化较大,加固后最大主拉应力,挠度变化曲线趋于平缓,结构最大主拉应力、挠度近似呈正相关。以1.2 MPa为最大主拉应力控制指标,依托工程体外束合理加固时机为跨中挠度77 mm时,且体内预应力损失小于10%。

薄壁箱梁剪力滞效应分析的组合单元法

针对薄壁箱梁剪力滞效应有限元计算单元自由度多,计算工作量大的的问题,提出一种考虑剪力滞效应的组合单元法。顶板采用平面板单元模拟,轴向位移插值函数取3次多项式;腹板及底板采用梁单元分析。为减少有限元分析的单元自由度数目,取顶板单元的节点位移参数为基本位移参数,腹板与底板的位移模式由顶板与腹板及腹板与底板的变形协调关系得到,最后通过变分原理得到组合单元的刚度矩阵。以一座实桥为工程背景,通过与有限元程序计算结果对比,得出此方法的计算精度较高,计算效率亦比较高。

大跨径钢箱梁最大悬臂状态非线性静风稳定性分析

港珠澳大桥跨越崖13-1气田管线桥施工最大悬臂状态受静风荷载作用可能存在静风失稳问题,影响结构正常施工与安全性。为解决上述问题,首先采用静力三分力系数法分析该桥最大悬臂状态设计基准风速作用下的静风效应,明确主梁各断面水平、竖向和扭转位移在不同初始风攻角条件下的发展变化规律;其次,对该桥最大悬臂状态不同初始风攻角作用下的非线性静风稳定性进行分析,基于控制断面的风速-扭转角变化曲线明确结构扭转发散临界风速;最后根据非线性静风稳定性分析结果对该桥最大悬臂状态的静风稳定性进行分析评价。结果表明,在正攻角范围内(0°~5°),主梁横向位移与扭转角最大值分别为-1.47 mm与0.023°,负攻角范围内(-5°~0°),主梁横向位移与扭转角最大值分别为为0.25 mm与-0.007°,在不同初始风攻角作用下结构稳定系数介于1.53~2.58之间。不同初始攻角作用下结构的临界风速介于63~109.6 m·s^(-1)之间,结构在负攻角范围内的临界风速计算值较正攻角高。

基于不同规范的简支转连续施工连续梁桥确定性及可靠性对比分析

针对分别采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[1](JTG D62—2004)和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[2](JTJ 023—85)设计的简支转连续施工连续梁桥进行确定性和可靠性对比分析,通过有限元程序对成桥阶段选取的典型截面可靠指标进行计算。结果表明,确定性分析和可靠性分析结果有不同的规律,不能单从确定性分析结果的大小来判断结构安全储备,需将确定性分析与可靠性分析相结合,才能对结构有合理准确的判断与评价。

连续梁桥悬臂施工状态可靠度分析

通过对一座三跨预应力混凝土连续梁桥悬臂施工过程最大悬臂状态进行可靠度分析,并建立相应的可靠度分析模型。计算结果表明梁体的倾覆稳定性可靠指标不满足目标值,通过对功能函数中各个随机变量进行参数敏感性分析,从中找出对可靠指标影响最大的随机变量,最后对该随机变量进行进一步分析,确定参数取值范围,进而对实际施工过程中的临时固结措施进行调整,使梁体倾覆稳定性可靠指标达到目标值。

构造正交异性桥面板空间计算的等效梁格解法

由于2个方向的力学特征不同,构造正交异性桥面板计算比较复杂。为简化计算,文章提出一种构造正交异性桥面板计算的等效梁格解法。纵向等效梁格按照与原结构横截面中性轴位置、抗弯刚度、截面面积等效的原则,并且充分考虑横肋板对纵向抗弯刚度的影响,通过理论分析得到等效截面各部分尺寸参数的计算公式。横向梁格截面尺寸按照原结构横肋板的实际尺寸给出。对某一构造正交异性桥面板的局部稳定性进行研究,结果表明,等效梁格解法能够反映原结构的实际状态,得出的各等效参数真实可靠,对简化构造正交异性桥面板计算方法具有参考价值。

基于可靠度逆分析理论的公路挡土墙稳定安全系数研究

针对公路挡土墙整体稳定性安全评价问题,在可靠度逆分析理论的基础上,提出了基于可靠度混合算法的公路挡土墙稳定安全系数计算方法,主要包括三个层面的工作:一是随机变量的选择;二是稳定安全系数评价表达式的建立;三是稳定安全系数计算。以一座公路挡土墙为工程实例,应用该方法进行稳定性安全评价,结果表明:基于确定性安全评价模型计算得到的挡土墙稳定安全系数均大于基于可靠度逆分析理论的计算结果。最后,对影响稳定安全系数的各参数进行敏感性分析,结果表明:稳定安全系数对目标可靠指标和土性设计参数较为敏感,对安全系数初始迭代值不敏感,本方法具有迭代初值选取的鲁棒性,迭代计算过程稳定可靠。

基于不同规范的移动模架逐孔施工连续梁桥确定性及可靠性对比分析

针对分别采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[1](JTG D62—2004)和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[2](JTJ 023—85)设计的移动模架逐孔施工连续梁桥进行确定性和可靠性对比分析,通过有限元程序对成桥阶段选取的典型截面可靠指标进行计算。结果表明,确定性分析和可靠性分析结果有不同的规律,不能单从确定性分析结果的大小来判断结构安全储备,需将确定性分析与可靠性分析相结合,才能对结构有合理准确的判断与评价。

基于不同规范的悬臂施工连续梁桥确定性及可靠性对比分析

针对分别采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ 023—85)设计的悬臂施工连续梁桥进行确定性和可靠性对比分析,通过有限元程序对成桥阶段选取的典型截面进行计算。结果表明,确定性分析和可靠性分析结果有不同的规律,不能单从确定性分析结果的大小来判断结构安全储备,需将确定性分析与可靠性分析相结合,才能对结构有合理准确的判断与评价。

高墩刚构桥悬臂施工稳定安全性评估

鉴于当前研究和应用的局限,本文结合非线性有限元结果与逆可靠度方法提出可以考虑参数随机性的高墩刚构桥悬臂施工稳定安全性评估分析计算方法。通过非线性有限元获得结构稳定性荷载与抗力建立极限状态函数,进而应用逆可靠度数学模型求解。结果表明,该方法既能够考虑参数随机性,从而得到更加客观可靠的结果,又沿用了易于接受的传统方法的安全系数表达形式,具有良好的工程应用价值和实用意义。

桥梁桩基承载能力安全系数研究

基于当前研究和应用中的局限,本文结合非线性有限元结果与逆可靠度方法提出可以考虑参数随机性的桥梁桩基承载能力评估分析计算方法。通过非线性有限元获得桩基承载的荷载与抗力从而建立极限状态函数,进而应用本文的逆可靠度数学模型进行求解。结果表明,该方法既能够考虑参数随机性,得到更加客观可靠的结果,又沿用了传统方法的安全系数表达形式易于使用,具有良好的工程应用价值和实用意义。

基于神经网络和粒子群算法的大跨度钢管混凝土拱桥可靠度分析

本文利用BP神经网络将极限状态方程显式化和粒子群算法求解,并以大跨度钢管混凝土拱桥为例进行可靠度分析。结果表明,在充分考虑几何非线性效应的条件下,该方法能够很好地应用于大跨度钢管混凝土拱桥的可靠度分析,以弥补传统方法的不足,并且满足工程精度要求。

基于车轮-桥面相干激励的大跨连续梁桥振动响应

为获取桥面相干激励下大跨连续梁桥动力响应规律,基于虚功原理,建立五轴重载车辆动力学模型,采用模态叠加法建立桥梁动力方程,通过谐波叠加法建立桥面相干激励模型,根据轮-桥间几何和力学耦合关系,组建车轮-桥面相干激励模型,采用Matlab软件编译大跨连续梁桥车桥耦合振动分析系统,并开展不同等级的相干桥面激励模型对大跨连续梁桥动力响应影响研究。结果表明:当未考虑桥面不平顺影响时,桥梁冲击系数均小于规范取值,但随着桥面状况的恶化,结构典型截面的动力响应增长较快,且完全相干模型对桥梁动力响应的影响均大于部分相干激励模型,均超过规范值,其中挠度幅值最大偏差约为7.7%,弯矩幅值最大偏差约为20%,挠度冲击系数相对误差为4%~34%,弯矩冲击系数相对误差为2%~43%;随着车速的增大,桥梁冲击系数呈先增大后减小变化。最后,给出了大跨连续梁桥挠度和弯矩冲击系数包络图。相关研究成果可为连续梁桥的结构动力响应的分析与研究提供参考。

减水剂对抗硫酸盐腐蚀高性能混凝土适应性研究

为了研究减水剂对抗腐蚀高性能混凝土的适应性,对比分析了5种聚羧酸系高性能减水剂和5种萘系高效减水剂对水泥的适应性,结果表明,聚羧酸系高性能减水剂性能更好,从抗腐蚀性能、强度等方面综合考虑,3号减水剂(含扩链剂组分)综合性能最优。为了探究减水剂中扩链剂组分对抗硫酸盐腐蚀高性能混凝土适应性,从抗腐蚀性能、抗压强度、微观形态三个方面对比研究扩链剂组分的作用,结果表明,扩链剂组分改善了混凝土的内部微观结构,提高了混凝土的密实性,增强了混凝土的韧性和抗腐蚀性能,但使混凝土脆性有所降低,抗压强度会有一定程度的损失。

高风速区钢箱梁桥施工过程抗风稳定性分析

对大跨度钢箱连续梁桥施工过程最大悬臂状态进行非线性气动稳定性分析。提出基于风荷载非线性及结构几何非线性的气动稳定性分析理论。以某跨海大桥为工程背景,进行静风效应及风致抖振效应计算,明确钢箱梁最大悬臂状态位移响应均方根最大值,并以结构一期恒载作用下的位移为初始缺陷,静风力与抖振力作为荷载进行主梁最大悬臂状态非线性气动稳定性验算。结果表明,随着桥位处风速的增加,主梁悬臂端和跨中水平及竖向位移均呈现非线性增长趋势;结构的位移响应随着风攻角的正负变化而产生变化,风荷载的影响不容忽视。由于主梁刚度较大,在120 m·s-1风速范围内并没有出现失稳临界状态,但悬臂端水平及竖向位移变化幅度较大,为了保证人员安全及合龙顺利进行,提出3种抗风措施。

考虑横肋板作用的正交异性钢桥面板有限元分析方法

针对大跨度钢桥中正交异性钢桥面板通常设置横肋板加劲,提出一种考虑横肋板作用的正交异性钢桥面板空间分析的简化有限元算法。其中顶板采用平面板单元分析,梯形加劲肋与横肋板采用板梁子单元模拟。基本未知量采用顶板单元的节点位移分量,梯形加劲肋与横肋板的位移模式由肋板的变形协调关系得到,最后通过变分原理得到组合单元的刚度矩阵。通过与有限元程序计算结果进行对比,得出此方法的计算精度较高,计算效率亦比较高,值得在实际工程计算中推广。