适宜水工混凝土内环境的矿化微生物梯度驯化优选

水工混凝土内部高碱性环境限制了微生物混凝土的自修复效能。利用梯度驯化方法可提高矿化微生物对高碱度的耐受性,优选出适宜混凝土孔隙内环境并具备高诱导矿化沉积能力的增强嗜碱型微生物。首先,在实验室高碱性环境下,对比巨大、科氏、枯草、巴氏等4种芽孢杆菌的活性及诱导矿化沉积量,初选耐碱性较好的微生物并对其开展耐碱性梯度驯化;随后,综合分析驯化微生物对混凝土力学性能、吸水性、渗透性和自愈能力的影响,通过扫描电子显微镜和X射线衍射对矿化产物微观形态和组成进行分析。结果表明:相较于巨大、科氏和枯草芽孢杆菌,巴氏芽孢杆菌在高碱性条件下表现出更强的活性,梯度驯化技术可进一步提高巴氏芽孢杆菌在高碱性环境中的活性,并证实通过该方法增强的耐碱性具有后代保留的特性;与掺未驯化微生物组试样相比,掺驯化微生物混凝土试样养护28 d的抗压强度提高了16.59%,吸水系数降低了37.74%,渗透系数减小了19.22%;掺驯化微生物混凝土试样的裂缝自修复试验得到裂缝最大修复宽度为0.57 mm,超过了未驯化微生物组的0.44 mm。本研究为基于微生物诱导矿化沉积技术的微生物水工混凝土研发和应用提供理论依据和技术支撑。

FRP筋混凝土双向板冲切强度公式评估

为评价现有FRP筋混凝土双向板冲切强度计算公式的精度,采用数理统计的方法对收集到的38组FRP筋混凝土双向板冲切强度试验数据进行评估。结果表明,影响FRP筋混凝土双向板冲切强度的主要因素有混凝土强度、临界冲切截面周长、有效板厚、FRP筋配筋率及其弹性模量、尺寸效应;在所评价的10个计算公式中,规范公式的预测结果大多比较保守,且其精度均低于文献公式;Ospina公式预测结果与试验结果最为接近,且精度最高,预测结果与试验结果比值的均值为1.03,标准差为16.04%,变异系数为15.53%。研究结果为FRP筋混凝土双向板冲切强度计算公式的进一步优化提供了参考。

预制装配式仰拱与衬砌接头直剪试验研究

装配式结构具有成本低、工期短和绿色施工等优点,因此中国正在大力推动装配式技术的应用.装配式技术应用于高速公路隧道建设中时,预制装配式仰拱与现浇衬砌接头处存在较大的安全隐患,容易发生剪切破坏.为了探究该类装配式结构接头处直剪受力状态下的抗剪力学性能,以接头的界面植筋率、界面尺寸和界面处理方式作为变化参数,设计并制作了21个“Z”字形试件开展直剪试验,观测了试件失效的全部过程以及破坏形态,获取了试件的剪切-滑移曲线,系统地分析了接头直剪力学性能的变化规律.结果表明:试件破坏分为植筋剪断和混凝土失效两种破坏形态;随着界面植筋率增加,试件极限抗剪承载力、延性和抵抗界面损伤演化的能力均随之提升;界面植筋率由0.7%增至1.1%时,极限抗剪承载力提升最大为66.4%;界面凿毛处理后试件的抗剪性能更优,其延性提升最大为41.5%;界面植筋率相同时,随着界面尺寸的增大,抗剪承载力随之提升,最大提升64.8%;试件抗剪性能存在一定的尺寸效应,界面尺寸较小试件的抗剪承载力随界面植筋率增加而提升的效果不显著.最后根据相关规范计算方法,基于试验结果和拓展的剪切-摩擦理论,提出了改进的预制装配式仰拱与现浇衬砌接头的抗剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合度良好.

水下自护混凝土与钢筋握裹力试验研究

随着水下自护混凝土技术的推广和应用,其关键工艺参数水下保护剂浓度对水下自护钢筋混凝土结构性能的影响成为关注的热点。基于水下自护技术,在常用工作浓度范围内,对水下自护混凝土的素混凝土力学性能、混凝土与钢筋握裹力、微观孔隙结构开展了试验研究。试验结果表明:在不同水下保护剂浓度下,水下自护素混凝土抗压强度水陆强度比均超过80%;混凝土与钢筋握裹力水陆强度比约在40%~65%,水下保护剂浓度越高,混凝土与钢筋握裹力水陆强度比越低;混凝土基质区域孔隙率和混凝土与钢筋握裹力存在负相关关系;水下保护剂能够有效提升水下自护混凝土的力学性能,但水下保护剂浓度的提升会对混凝土与钢筋握裹力强度造成不利影响。因此,合理选择水下保护剂浓度并增加钢筋用量是提升水下自护钢筋混凝土工程的可靠性的重要举措。

基于冲击回波法的钢衬混凝土内部缺陷探测研究

针对冲击回波法多用于单一结构厚度和缺陷检测且在组合结构缺陷识别领域应用较少的问题,提出了基于冲击回波法检测钢衬混凝土组合结构构件厚度公式。首先采用数值模拟方法探究弹性波在钢衬混凝土内部的传播特性,分析缺陷埋深对冲击回波法特征参数的影响,然后开展室内模型试验研究,进一步验证公式的准确性。结果表明,提出的冲击回波法检测组合结构构件厚度计算公式能较好地适用于钢衬混凝土构件现场检测,现场冲击回波法检测获取的卓越频率可真实反映钢衬混凝土结构混凝土内部质量缺陷。

变化温度下岩石混凝土界面剪切损伤特征

环境温度变化改变了隧洞围岩与衬砌界面的力学性能,直接影响着衬砌结构的承载特性和隧洞围岩的安全稳定性。通过设计三种变温养护模式干预方案,进行混凝土单轴压缩和岩石混凝土直剪试验,获得不同温度变化干预下混凝土应力-应变曲线和岩石混凝土界面剪切应力-位移曲线,分析变化温度干预下岩石混凝土力学性能、相对刚度及界面剪切损伤演化速率的变化规律。结果表明,初始干预温度越高,界面抗剪强度峰值和剪切刚度越大、岩石混凝土相对刚度越大、界面峰后剪切脆性越好、界面剪切损伤演化速率越大,初始干预温度的影响占主导地位;岩石混凝土相对刚度与界面剪切损伤演化速率呈正相关关系。相关研究成果可为高地温及变温环境下隧洞衬砌结构承载性能评价提供理论支撑。

基于截面配筋率的钢筋混凝土统一本构关系研究

为避免数值化分析中直接处理钢筋与混凝土之间的复杂关系,推导出钢筋混凝土构件轴心受压统一理论公式,做了不同配筋率与不同混凝土强度等级下的钢混棱柱体轴心受压试验,利用试验量测的荷载位移数据,结合Matlab曲线拟合工具的线性回归与拟合功能,建立了一种基于截面配筋率的能够描述钢筋混凝土材料力学性能的统一本构关系。对试验梁进行数值化分析表明,所建立的数值化模型应力应变特征与试验结果吻合较好,证明了该模型在钢筋混凝土实际运用过程中的可行性与适用性。

隧洞围岩稳定性与喷锚支护设计施工——以湖南椒花水库蕉溪岭隧洞为例

隧洞围岩稳定分析对工程设计与施工十分重要。蕉溪岭隧洞是湖南椒花水库供水工程的控制性工程,具有地质条件复杂,穿越多条断层带、浅埋段和破碎带,富水层多的特点。案例通过对蕉溪岭隧洞工程地质和水文地质进行分析,采用轴变理论与实践相结合的方法对隧洞围岩片帮和冒落极限高度进行预测,进而确定隧洞各段的支护设计。结果表明,根据围岩类型确定喷混凝土厚度和锚杆尺寸,结合地下水状况确定灌浆措施,效果较好。案例结果有助于为同类项目工程设计与施工提供科学参考。

超长外露锚杆无损检测方法的研究与应用

锚杆无损检测技术是利用声波反射原理检测注浆锚杆的注浆饱满度及其埋设长度的一种方法,目前已在各类支护工程中广泛应用。但当锚杆外露长度过长时,其取得的检测结果误差较大,不能准确地反映锚杆的锚固质量。硬梁包水电站地下厂房岩壁吊车梁锚杆外露长度均超过1 m,其锚杆数量多,对钻孔注浆质量要求高,阐述了对如何准确快捷地实施检测,并进行了研究分析与探讨,所取得的经验可供类似工程借鉴。

基于实测数据和灰度模型的船闸底板混凝土温度变化预测

船闸底板冬季施工时环境温度较低,大体积混凝土内外温差较大,在底板冬季温升过程中,温差超限的问题突出,养护不当极易出现开裂,有效预测底板温升变化尤为重要。基于实测数据,利用灰色模型分别按不同监测频次、不同原始序列分时段对温度变化进行预测,并对该模型进行了修正,用修正模型分时段预测了底板浇筑后3 d内的温升变化。根据精度及残差对比,监测时隔2 h结合数值原始序列、监测间隔3~6 h结合3数值原始序列的两种灰色模型预测方法合理有效,修正后的模型可有效提高精度及延长预测时长,用于指导温控,降低大体积混凝土开裂风险,为保障船闸底板结构安全提供科学支撑。

基于断裂能的混凝土弹塑性损伤本构模型和尺寸效应研究

为研究混凝土断裂特性与尺寸效应,引入断裂能和等效应变表示混凝土的损伤演化规律,结合混凝土塑性变形特征,提出基于断裂能的混凝土弹塑性损伤本构模型,并建立相应的数值计算模型。为验证数值计算结果的合理性,引入改进的能量尺寸效应公式进行对比分析。通过对三点弯曲梁的有限元数值模拟和断裂参数敏感性分析发现,尺寸较小的梁失效时,断裂过程区未扩展至特征长度,限制了能量耗散,从而提高了梁的抗断裂能力,增强了梁的名义强度;随着尺寸增大,失效时的断裂过程区逐渐接近特征长度,梁的名义强度逐渐减小;当断裂过程区达到特征长度后,结构名义强度不再随梁尺寸的增大而减小。

预应力钢筒混凝土顶管结构设计浅析

预应力钢筒混凝土顶管(JPCCP)是在预应力钢筒混凝土管(PCCP)的基础上,从大量工程实践中发展形成的一种新型顶进有压输水管材。文章在分析JPCCP结构特点和现有结构设计方法的基础上,采用数值模拟的方法,对JPCCP结构受力进行了数字模拟验证。结果表明,随着土压力和顶力的施加,管道应力逐渐增大,管道的最大应力位置由管内腰部逐渐调整为内顶部,整个过程管道未出现拉应力,最大应力值远小于混凝土抗压强度设计值(25.3 N/mm^(2)),管道结构安全。

基于改进U^(2)-Net模型的混凝土结构表面裂缝检测

【目的】背景复杂的混凝土结构表面裂缝连续性差、识别率低,基于深度学习的裂缝检测方法存在模型参数量大的问题。【方法】为此,结合U^(2)-Net框架构建了一种聚合多尺度信息的轻量级模型U^(2)-Net_Aggregation,用于复杂背景下的裂缝特征学习。该模型通过增加跳跃连接,使得每个解码层均聚合该层以上所有浅层编码特征,以获得足够的特征细节,提升裂缝分割精度;利用深度可分离卷积(Depthwise Separable Convolution, DSC)对原本的残差模块(ReSidual U-blocks, RSU)进行改进,提出了新的残差模块(RSU-DSC-ECA),来降低聚合多尺度信息时带来的模型复杂度提升的问题,其中的通道注意力机制(Efficient Channel Attention, ECA)可提升模型对裂缝区域的敏感性和对复杂背景的抗干扰能力。【结果】在三组裂缝数据集上进行消融试验,改进后的模型(U^(2)-Net_Aggregation)相较于U^(2)-Net在准确率、交并比、综合评价指标上均有优异的表现。为了验证模型对复杂背景中裂缝的识别能力,利用无人机实地采集的某混凝土结构数据进行试验,其检测效果优于FCN、SegNet、U-Net和U^(2)-Net。【结论】改进后的模型相比U^(2)-Net在召回率、交并比和综合评价指标方面分别提高了4.18%、2.97%和2.03%,可借助无人机影像快速准确地检测出裂缝,为结构裂缝检测提供一种新的方法。

水工建筑物混凝土结构缺陷超声波无损检测技术的应用

本文探究了超声波无损检测技术在水工建筑物混凝土结构缺陷检测中的应用。从输水渠道、泵站、闸门底板和管护道路跨支沟交通桥梁上选择12条裂缝,在裂缝附近布置检测区,测试超声波无损检测技术能否顺利测出混凝土结构缺陷。结果表明,在裂缝动态扩展的超声波检测中,随着施加力的增加,混凝土结构的裂缝深度加深,相应的声时值也会变高。由此可知,超声波无损检测技术可以较为准确地测出混凝土结构缺陷,为混凝土结构的维护提供了依据。

应用红外成像法检测钢筋锈蚀率的试验探析

为探索红外成像法检测混凝土构件内钢筋锈蚀程度的可靠性,对检测试验过程进行设计,进而通过试验过程对混凝土试件表面锈蚀裂缝分布、保护层表面温度分布展开测试与分析;以航运码头为例,对红外成像法在水工混凝土试件钢筋锈蚀程度检测中的具体应用进行分析验证。结果表明,与其余无损检测技术相比,红外成像法能较好避开混凝土构件内其余损伤的干扰,准确检测出钢筋锈蚀程度;并能对温度场变化做出快速反应,为水工混凝土结构维修处治提供可靠依据。

复杂条件下北外滩黄浦江防汛墙的设计对策

北外滩滨江作为最后开发的岸线,建成后将成为北外滩世界级会客厅的重要窗口。为应对北外滩复杂的水文、地势地质及周边环境条件,结合实际经验,综合分析工程的水文地质、地形条件,采用水陆域统筹考虑的总体思路、创新的防汛墙设计对策、施工组织方案,实现了防汛墙的安全建设和按期完工,进而满足北外滩滨江的总体要求,达到了世界级滨水体验的要求。

上海轨道交通14号线穿越黄浦江段防汛墙的耐久性加固研究

对隧道保护范围内的防汛墙进行耐久性加固,可避免因防汛墙大修而给隧道带来的不利影响,保障隧道和防汛墙安全。以上海轨道交通14号线穿越黄浦江段防汛墙的耐久性加固工程为案例,分析了防汛墙耐久性影响因素,介绍了在防汛墙外立面采用“双层聚合物水泥防水砂浆+硅烷浸渍剂”加固方案的设计和施工过程,并通过结构复核和耐久性评定验证了该加固方案的合理性。研究思路可为类似堤防维修加固工程提供参考和借鉴。

基于MTSVR-ISAO的混凝土重力坝参数反演方法

混凝土坝参数识别是评价其运行状态的关键。为进一步提高参数识别的效率和精度,提出一种基于多输出孪生支持向量机(MTSVR)和改进雪消融优化器(ISAO)的混凝土坝参数反演方法。通过训练MTSVR模型模拟待反演参数与位移静水压分量之间的非线性关系以代替复杂的有限元计算。采用ISAO对目标参数进行寻优反演。工程实例分析表明,代理模型计算结果与有限元计算结果基本一致。与传统元启发优化相比,ISAO寻优收敛速度更快,准确度更高,单次参数反演用时更少。结果说明构建的反演方法可在保持计算精度前提下有效提高计算效率,方法具有有效性和实用性,为工程真实参数辨识提供参考。

流固耦合作用下泵站大体积混凝土结构振动特性分析

在泵站运行过程中,由转轮和导叶之间水体的动静干扰所引起的压力脉动是引起泵站混凝土结构及机组振动的主要原因。现有关于泵站及水电站厂房的研究中,仅以数值参数形式表达脉动,并未真实反映流体与导叶间的相互水力干涉。采用有限元软件ADINA建立泵站混凝土结构、流道和流体的耦合三维模型,特别将机架、轴流泵等金属结构建入模型中,真实反映流体与固定导叶间的相互水力干涉,模拟脉动传递路径。分析了泵站大体积混凝土结构的振动特性,并对泵站运行安全性作出评价分析。研究结果可为工程实践提供参考。

基于坝体安全评价模型的复合地基坝体质量安全分析

针对混凝土坝质量安全进行研究,提出一种渗流量概化评价方法。考虑到水位以及时间对地基坝渗透风险的影响,结合工程类比法与贝叶斯法,提出一种综合安全评价方法,实现对复合地基坝渗透破坏风险的评价。在复合地基坝不同位置渗流量预测中,综合法能准确监测坝体渗流量,准确率为94.65%;传统材料系数法准确率仅为64.56%。同时,在年均渗透破坏损失效率监测中,综合法与实际结果接近。研究结果可为对水利工程的质量监管提供重要参考价值。