非均匀锈蚀钢筋与混凝土的黏结滑移行为

在近海和海洋环境下,钢筋极易产生锈蚀。锈蚀对于钢筋混凝土间的黏结性能与钢筋混凝土结构的耐久性有着十分不利的影响,是目前工程中十分关心的问题。采用改进后的ABAQUS的Spring2非线性弹簧模型对非均匀锈蚀钢筋与混凝土之间的黏接滑移行为进行模拟,以改善零厚度弹簧引起的钢筋结点处混凝土的应力集中现象。基于收集到的不同箍筋间距的32个试件的试验结果,拟合给出了考虑箍筋间距影响的箍筋锈蚀下的黏结强度影响系数。结合非均匀锈蚀钢筋分布模型,基于ABAQUS软件进行钢筋混凝土试件拉拔过程的精细化数值模拟。结果表明:改进后的非线性弹簧模型在计算精度与效率上优于零厚度弹簧模型。箍筋修正系数与箍筋间距近似呈线性关系;考虑箍筋间距影响的黏结滑移模型在拉拔试验的模拟上与有关试验有较好的一致性。韦布尔分布对于钢筋非均匀锈蚀的拟合比起耿贝尔分布更为合理,非均匀锈蚀试件钢筋应力分布有一定程度的波动,应力数值有所减小。箍筋锈蚀会对箍筋的约束作用产生较为严重的影响。

基于分形理论和二次分割的图像裂缝特征提取方法与应用

在役跨海桥梁、港口工程等的服役环境恶劣,多数情况下采集到的裂缝图像背景复杂、噪声干扰较多。为了克服现有技术存在的不足,提出一种基于分形理论和二次分割的图像裂缝特征提取方法。该方法采用分形参数作为裂缝图像的特征参数,能优先抑制裂缝图像中产生干扰过多的问题,有效克服灰度不均匀、噪声块多和背景复杂的干扰因素,同时基于二次分割理论,结合两种不同的算法特点,利用粗分割排除干扰区域,利用细分割对目标区域内裂缝精准分割,实现混凝土结构裂缝目标准确有效的提取,具有更好的分割效果。

基于现场检测数据的海工混凝土强度经时变化规律研究

混凝土的强度是直接影响结构承载力的重要参数,其经时变化规律是建立结构抗力变化模型的基础。针对海洋环境下混凝土结构受环境和荷载共同作用,随服役时间推移而出现的劣化损伤问题,本文共收集110例中国南方沿海服役1~35 a港口码头的检测案例,以混凝土实测数据为基础,采用相关分析和回归分析对海工混凝土强度随时间变化规律开展研究,明确了回弹法和钻芯法检测混凝土强度的相关性,获得了混凝土强度经时变化的计算模型,为海工混凝土结构安全性评估提供重要参考依据。

基于三维激光扫描的大跨度网架结构BIM模型矫正研究

为了构建反映真实工程信息的BIM模型,本文提出采用三维激光扫描并矫正大跨度网架结构BIM模型的方法。首先基于三维激光扫描技术扫描大跨度网架结构,得到多个基站的点云数据;针对配准后的大跨度网架结构工程点云,提出通过点云分块、切片、圆搜索、圆心聚类、球搜索实现大跨度网架结构的焊接球搜索的方法;通过拟合焊接球点云得到焊接球的空间坐标,进一步矫正BIM数字模型中焊接球的位置,实现大跨度网架结构BIM更新。为了验证本方法的准确性,将该方法用于海口某码头网架结构的数字孪生模型构建,从1118个焊接球中准确识别出了96.5%的焊接球,焊接球的直径拟合最大误差小于7mm,并通过焊接球的坐标矫正了大跨度网架结构BIM模型,其中焊接球矫正位移约0.1m,该方法实现了真实网架结构的BIM模型构建。

基于随机骨料数学模型的混凝土弹性模量预测

按照混凝土试件的实际配比计算出各粒径区间的骨料体积含量,对骨料颗粒进行随机投放,生成随机骨料的数值模型。对不同形状骨料的随机骨料模型建立的体积表征单元(RVE)施加均匀位移边界条件,通过有限元方法计算该RVE中的应力和应变场,然后由细观力学数值均匀化方法预测RVE的有效弹性模量。数值计算结果和试验值的对比表明,基于随机骨料模型的混凝土弹性模量的预测是有效的,骨料含量为40%和60%时预测值与试验值相近;由多边形骨料模型得到的弹性模量略高于圆形骨料,骨料的空间分布对于预测结果的影响甚微。假定材料的细观单元力学性质服从Weibull分布时,预测的有效弹性模量结果偏低,且随均质度的减小而减小。

混凝土梁弯拉断裂过程的细观分析

将混凝土看成是由骨料、砂浆和界面过渡层组成的三相复合材料．结合部分力学参数试验，采用非线性有限元对混凝土梁受弯拉破坏过程进行了数值模拟．按照试件的实际配比，由Walraven公式计算出各种粒径区间骨料的平面等效面积，然后由随机骨料模型生成混凝土数值试件．混凝土细观结构的破坏由最大拉应力准则判别，对于软化段，采用了应力-张开位移模型以缓解计算结果的网格依赖性．计算结果表明：界面厚度取0．2—0．8mm，对试件的荷载-位移全曲线的影响不大；任意形状骨料与圆形骨料的计算结果相近；界面层断裂能对梁宏观荷载-位移曲线的形状影响较大．

考虑界面影响的混凝土弹性模量的数值预测

提出了一种考虑界面过渡层影响的混凝土弹性模量的数值预测方法。将球形骨料与包裹它的界面过渡层作为二相复合球结构的等效颗粒,由广义自洽方法计算不同粒径骨料与界面过渡层组成复合球的有效模量。然后由等效颗粒生成的随机骨料模型建立体积表征单元,施加均匀位移边界条件,通过数值方法计算该体积表征单元中的应力和应变场,由细观力学数值均匀化方法预测体积表征单元的有效弹性模量。计算结果表明:对于不同骨料含量的混凝土,有效弹性模量的预测值与试验值非常接近,界面过渡层的厚度对混凝土的整体弹性性质有较大影响。

含夹杂非均质材料的扩展有限元数值模拟

为了验证含夹杂非均质材料扩展有限元数值模拟的有效性,分别用扩展有限元法和传统有限元法模拟计算了一块含多个圆形夹杂的单轴受拉的板的位移场,并对模拟结果进行了对比分析.结果表明,通过水平集函数来表示夹杂材料的几何界面,利用富集函数来改进被界面切割的单元所在结点的形函数,网格剖分无需考虑内部边界,可大大减少数值模拟前处理的工作量.

颗粒增强复合材料的扩展有限元模拟方法

为了简化颗粒增强复合材料的单元划分问题,采用扩展有限元的富集技术模拟材料的非均质性。在扩展有限元理论框架下,无须严格按照材料的几何边界划分计算网格,从而使单元划分十分简便。利用水平集函数来表征夹杂材料的几何界面,并构造富集函数以修正与材料界面相交单元的形函数。对于包含多种材料的单元,只需要进行单元分解,分区域形成单元刚度矩阵。阐述了扩展有限元位移模式的构造,支配方程的建立以及数值积分方案等。最后,分别应用扩展有限元和常规有限元方法模拟了单轴受拉的颗粒增强材料,计算结果表明扩展有限元方法是简单有效的。

沉管隧道管节沉放过程中缆力与运动响应的测试分析

沉管隧道管节系泊沉放过程中,缆绳张力和管节姿态是两个关键的参数,决定着整个安装施工的工程质量甚至安全。为了克服广州洲头咀沉管隧道工程缆绳张力监测中遇到的荷载大、防水深度大、安装困难等难题,文章通过荷载验算、校准和防水处理等技术手段,进行了缆绳张力传感器的设计与制作,结合管节安装施工工艺,完成了缆绳张力和管节姿态的测试与分析,分析了管节这种方形系数较大的浮体结构的水流阻力系数,并将数值分析结果与现场试验结果进行了对比。研究表明:缆力传感器加工安装方便,能够满足工程监控要求;管节横向水流阻力系数取值为2.05;缆力与管节姿态的数值模拟结果与测试数据吻合较好。

船闸水工建筑物的检测与评估技术

采用现代测试技术及分析方法对船闸水工建筑物进行定期的检测评估可有效延长建筑物的使用寿命。提出了船闸水工建筑物检测与评估工作的一般流程,包括船闸现状的调查、检测方案的制定、现场检测的实施、检测报告的形成、评估单位的划分、复核验算的考虑因素、评估内容及方法及评估报告的形成,并就相关的检测与评估关键技术进行了阐述。

既有海工混凝土结构保护层厚度的变异性分析

采用混凝土保护层厚度测试仪对海工混凝土结构进行现场检测;通过对3座既有海港码头结构的现场检测数据的统计分析,发现检测数据具有较大的离散性,但其均值与设计值相近,且保护层厚度测试值服从正态概率分布。

半潜驳施工运动响应计算及现场测试

针对大型施工半潜驳在恶劣海况中的运动特性问题,采用数值计算的方法给出了不同作业海况下船舶的运动响应幅值,同时依托现场施工作业对半潜驳下潜施工运动响应进行测试,验证和完善了水动力数值分析模型及参数设置.据此提出的半潜驳下潜施工作业建议,可为船舶施工作业及安全操控提供参考.

裂纹的扩展有限元数值模拟研究

扩展有限元方法中,结构的不连续模拟通过单位分解的方法对位移模式的局部富集来实现,这个技术可以使得裂纹的不连续性独立于结构的单元划分。阐述了富集函数的构造、支配方程的建立、数值积分方案及程序实现等。对于线弹性体裂纹的模拟,通过一个跳跃函数和二维裂纹尖端位移渐进场来考虑裂纹的不连续性和奇异性。通过编制扩展有限元程序,模拟了各向同性介质中的二维裂纹。最后通过算例的模拟结果证明了该方法的精确性和实用性。

水深对抛石强夯影响的模型试验研究

通过模型试验,探讨水深对重锤夯击抛石后夯沉率及抛石应力的影响,以及有、无水情况下抛石夯击夯沉率和抛石应力随落距的变化关系。试验研究成果表明:水面与抛石面齐平的情况与有水的夯击效果相近,为缩比尺模型试验中消除边界效应及水深影响提供了理论依据。

沉管隧道管节沉放实时定位测量技术现状分析

文章在调研国内外沉管隧道工程实例的基础上对管节沉放实时定位测量方法进行了分析研究,重点介绍了应用较为广泛的几种测量方法,如全站仪法、GPS法、声纳法和机械法的特点、原理及现场应用,并对4种定位测量方法的优缺点进行了比较,给出了每种定位测量方法的适用范围,为以后类似工程定位测量方法的选取提供了参考依据。

大跨度弧形闸门静动力学数值分析

针对大跨度弧形闸门结构受力复杂且易发生弯曲变形和振动问题,采用有限元软件ANSYS对弧形闸门进行分析计算,对闸门主要部件的应力状态及变形情况进行了校核,分析了闸门自振频率的影响因素,全面评估了闸门的安全性能。并以目前国内跨度最大的某弧形闸门为研究对象,对不同工况下闸门的刚度和强度进行了计算,考虑流体与闸门之间的流固耦合作用,利用附加水体法分析了水体对闸门自振频率的影响,同时还研究了不同开度闸门自振频率变化情况。结果表明,弧形闸门总体强度和刚度满足设计要求,主要部件存在局部应力集中;水体作用使闸门的自振频率有一定程度的减小;随开度的增加,闸门的振动频率有不同程度的增加。

声纳法在管节沉放实时定位测量中的应用

声纳法是一种管节相对定位的测量方法,其测量不需要测量塔,测量精度不受隧道长度影响,能够快速高效地实现管节对接端的精确定位。文章从管节形态测量、仪器位置标定测量和现场定位测量等几个方面对声纳法管节沉放实时定位测量技术进行了分析研究,并根据超声波的传播原理和声纳法在国外沉管隧道工程的应用实例,分析了各种因素对声纳法定位测量精度的影响,给出了声纳法管节沉放实时定位测量的精度。

基于双速度法的在役基桩完整性检测

双速度法是为解决带上部结构基桩完整性检测而产生的。介绍双速度测试的基本原理与方法;对室内制作的带承台模型桩进行双速度测试研究;分析该方法的可行性,形成了成套的双速度测试技术:包括敲击模式选择,敲击点与传感器之间、传感器与传感器之间、承台-桩界面与敲击点之间的合理布置等;通过实际现场检测,验证了该成套的双速度测试技术完全可以用于现场带承台基桩的无损完整性检测,方向滤波后的上行波清晰,可以准确判断缺陷位置及大小、桩底位置等。

沉管管节浮运过程中波浪附加阻力的水动力学分析

波浪引起的附加阻力是管节海上浮运过程中总阻力的重要组成。采用基于势流理论的水动力学软件AQWA计算了管节浮运过程中的波浪附加阻力。通过建立管节及附属结构的三维有限元模型，确定管节的几何、物理性质，建立湿表面模型进行水动力学分析。对影响附加阻力的各因素，包括水深、航速、波浪谱及波浪要素等，进行了参数敏感性分析。计算结果表明，采用P-M谱的计算值较采用JONswAP谱有所不同，附加阻力随水深增加而减小，阻力值与波浪周期及波浪入射角均有一定的关系，与波浪高度的平方成正比，且与拖航速度成正比。