基于EtherCAT总线的空间结构点阵自动同步加载系统研发

大型空间结构试验通常具有加载点数量多、覆盖面积广、加载工况较多的特点,传统的加载方法很难兼顾成本适宜、安全高效。该文提出了一种新型空间结构点阵自动同步加载系统,该加载系统采用水作为试验载荷,应用实时工业以太网EtherCAT总线技术,可实现任意比例下多点同步精确加载。加载系统的控制模块、数据采集模块和加载容器可根据试验需要在控制总线上无限挂载和自由分布,具有通用性强、自动化程度高、安全高效、加载耗材清洁廉价的特点。该文详细介绍了该加载系统的原理与组成,以及EtherCAT总线主从式结构下主站和从站的具体实现,并将其应用于马鞍形正交索网结构承载力试验,整个加载过程中荷载稳步匀速增长、数值稳定准确,验证了该加载系统的可行性和准确性。

基于BIM和深度学习点云分割的施工检查方法模拟研究

建筑信息模型(BIM)为工程建设提供了丰富的空间和属性信息,三维激光扫描等三维信息获取技术的发展使获取工程建设三维场景信息变得更加便捷、高效。通过融合实际工程点云与BIM,将有助于实现工程建设质量和进度管理的自动化。既有研究一般比对点云与BIM的全局信息,需要工程人员根据不同规则检查判断,结果难以定量呈现。同时,比对结果无法与BIM构件属性自动关联并服务于智能化分析。针对上述问题,该文引入深度学习点云语义分割技术,对框架梁柱节点实现构件的对象化比对,提高了点云与BIM比对的自动化和数字化程度。模拟试验研究表明,采用的PointNet++模型在框架节点点云语义分割任务中取得了较高的精度,并对数据误差具有较好的健壮性,可为对象化的施工偏差比对提供良好的数据基础。该文方法实现的框架节点施工点云与BIM模型的对象化偏差比对,将在施工偏差展示、测量数据数字化和施工进度管理方面具有良好的应用价值和发展潜力。

相变储能路面发热融雪材料体系的试验研究

应用相变材料(PCM)于热融法路面除冰雪技术中,在实验基础上确定发热材料体系的材料组成、PCM的封装方式以及PCM发热体的结构,制备路面发热融雪材料体系试件.试验研究表明:通过PCM相变产生的能量缓释效应,可以改善发热材料体系的温度场分布并对其实现温度调控;相变储能路面发热融雪材料体系具有较高的蓄热能力和热稳定性,融雪效能大,在满足融雪功效的同时,热应力明显降低且节能.

实时混合试验的自适应时滞补偿方法

实时混合试验是由拟动力试验发展而来,时滞问题是实时混合试验的核心问题。传统时滞补偿方法往往假定试验中时滞不变,然而加载系统的非线性以及试件性能的变化可能导致系统时滞变化,使得此类方法性能不够理想。该文针对变时滞实时混合试验提出了基于模型参数识别的自适应时滞补偿方法。该方法将伺服系统简化为离散模型,通过在线参数估计确定系统状态,从而对伺服系统进行在线时滞补偿。该文首先阐述了该方法的原理,再通过数值模拟验证了方法的可行性与精度,并分析了不同模型对补偿的影响。

多视角几何三维重建法识别工程结构缺损与变形

裂缝等工程结构表面缺损与弯曲等构件变形是既有工程结构安全性检测鉴定与监测的重要指标,采用数字图像法可有效改善当前人工检查技术的缺点,但在工程实践中显现出定量检测中图像几何变形修正困难、局部损伤难以在整体结构中定位、无法测量钢结构空间变形等问题。结合多视角几何三维重建法的研究与应用可有效解决上述问题。该文对多视角几何三维重建的方法原理与算法实现进行讨论,列举方法实践的经典算法与高效算法;围绕数字图像法检测在工程实践中存在的问题,提出表面投影法解决成像几何变形与损伤定位、逆向工程建模与特征提取识别几何变形损伤;通过结构表面裂缝识别、大型构筑物表面损伤定位、钢结构构件变形识别等3个应用研究,阐述多视角几何三维重建法在结构表面损伤与变形识别中的具体操作方法与比较优势。多视角几何三维重建法具有设备要求低、操作方便快捷、模型色彩丰富、点云精度较高等特点,与数字图像法结合后在工程结构检测监测领域的研究与应用潜力巨大。

采用铸造垫板的预应力混凝土锚固区传力性能试验

结合行业标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》的修订,完成38个局部承压试件的单调加载或循环加载试验,研究采用国产铸造垫板的预应力混凝土锚固区传力性能,包括破坏模式、开裂荷载、极限承载力和裂缝宽度等,并进行相关影响参数分析。试验结果表明,采用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)局部受压承载力公式估算整体铸造垫板锚固区的极限承载力与试验值会有较大偏差,有必要在国内相关标准中纳入后张预应力混凝土锚固区传力性能检验要求;大多数单调加载试件的极限承载力能达到预应力筋极限抗拉力标准值(Fptk),但仅有少数能达到1.2Fptk,且单调加载试件的极限承载力约为循环加载试件的1.1倍;喇叭管上设置二次翼缘、增大螺旋筋圈径、提高混凝土强度以及加大锚固区承压面积可提高锚固区极限承载力,而表层箍筋的配置可提高锚固区开裂荷载并减小劈裂裂缝宽度。

混凝土-环氧树脂黏结界面的断裂性能分析

采用夹心楔入劈拉试件并结合双K断裂模型研究混凝土-环氧树脂黏结界面断裂性能.相比于原混凝土试件,环氧树脂注胶后形成的夹心试件的起裂荷载、极限荷载、双K断裂参数以及断裂能均有增长,而黏聚断裂韧度值没有提高;粗糙界面试件的黏聚断裂韧度试验值与采用软化曲线计算得到的黏聚断裂韧度计算值相等,光滑界面试件由于壁效应的存在,黏聚断裂韧度较低.可以认为环氧树脂注胶技术推迟了裂缝的再开展,使得起裂断裂韧度提高,采用起裂断裂韧度代入裂缝偏折判断条件进行界面裂缝偏折判断时,结果与试验相符.

相变储能路面融雪系统的材料相容性与铺装参数

根据车辙试验研究融雪系统各组成部分之间的相容性,通过测试相变储能融雪系统沥青混凝土试件的融雪时间和预热时间,初步确定融雪系统的铺装参数.试验表明:相变发热体相当程度上提高了沥青混凝土路面的抗车辙性能;当发热体以蛇形平面铺设,且埋置深度为3 cm时,以560 W/m2的铺装功率,在-15℃以内的不同环境负温条件下,可控制预热时间在3 h以内,且保证路面不出现积雪现象.

井架结构损伤的动力学识别

针对JJ160/41-K型井架结构的损伤情况,研究了结构损伤动力学检测方法,包括柔度矩阵差值法、曲率模态法和柔度曲率法,分析了柔度矩阵差值法和曲率模态法应用于损伤检测的局限性,以及柔度曲率法的优点.井架应用结果表明:柔度差值法在损伤位置间距较近或各位置损伤程度较小的情况下识别精度较差;各处损伤部位间的相互影响以及损伤部位对未损伤部位的影响,会使曲率模态法对结构损伤识别的敏感度下降;柔度曲率法能够反映损伤存在、位置及程度,且各损伤部位之间不存在相互影响,识别精度高,适合在井架结构损伤的在线检测中推广应用.

金属磁记忆检测方法在钢结构静载与疲劳试验中的应用研究

结构裂纹无损检测是钢结构性能评价的基础。介绍了一种基于金属磁记忆的无损检测方法。为验证该方法对于钢结构性能检测和评价的适用性,首先开展了全母材和带焊缝的钢材标准试件的静力拉伸试验研究,获取了矫顽力随荷载和应变的变化规律。然后,通过开展钢桥面板疲劳试验,对矫顽力与裂纹萌生扩展之间的相关性进行了研究。相关成果可为该方法推广应用提供参考。研究表明:内力水平越高,矫顽力值越高;相比于弹性应变,矫顽力值对塑性应变更为敏感。当宏观疲劳裂纹出现时,矫顽力值出现10%的下降,而在出现前矫顽力值仅发生2.5%左右的波动,因此该方法对宏观裂纹的检测较为适用,而对于微观裂纹的检测效果较差。

砌体结构安全性模糊层次综合评价方法

针对已有砌体结构安全性评价方法中,定性评价方法难以反映同安全等级的差异以及定量评价法运用难度大的问题,将层次分析法、模糊理论等方法应用于砌体结构安全性的综合评价,结合砌体结构的受力特点,采用三级模糊综合评价法建立了砌体结构模糊综合评价模型.利用层次分析法的基本原理,确定了砌体结构各子单元、子项和检查项的权重值,提出了其对应权向量的判断矩阵.最后,以某砖混结构住宅楼为例验证了所提出安全性评价方法的可行性.研究结果表明,本文所建立的砌体结构安全性模糊综合评价法可以全面反映各影响因素对结构安全性的影响,定量评价子项层、单元层以及结构整体的安全等级,概念清晰,便于操作.

回弹法检测高强混凝土强度试验研究

当前回弹法规程只适用于60MPa以下强度等级混凝土强度的检测,高强度混凝土的检测技术相对落后,本文针对高强混凝土的特点,采用河北省有代表性材料,制作了C40、C50、C60、C70、C80高强混凝土试块,分别养护至1d、3d、7d、14d、30d、60d、90d、180d、360d和730d,进行回弹法测试,用回归分析方法建立了河北省高强混凝土回弹法测强曲线.

主动变刚度·阻尼体系的模拟地震振动台试验

设计制造了一种半主动控制装置－主动变刚度·阻尼控制装置，并对其控制机理和控制效果进行了模 拟地震振动台试验研究．试验结果表明，尽管该控制装置仅需很少的能量输入，但其可以获得很明显的减震控制效果；在控制过程中，装置的电磁阀处于开启状态工作的时间较长，即在大部分时间里该控制装置是通过阻尼 而不是调频来控制结构的振动，这在一定程度上降低了控制时滞的影响．

高强混凝土徐变力学实验研究

为掌握苏通大桥连续刚构桥所用C60高强混凝土的徐变性能,开展了自然环境下配筋高强混凝土的徐变力学试验。为获得徐变试验所需75t的加载力,设计并制造出95t的徐变加载装置,解决了混凝土徐变试验大吨位加载的问题。针对应变测试过程中温度变化对应变测试的影响作了深入的探讨,提出了应变计温度影响的修正方法。通过试验结果与现行桥规JTG D62-2004的比较得出:配筋高强混凝土徐变系数远小于规范取值,且在170天后徐变系数有收敛的特征。试验结果说明,实桥所用C60高强混凝土的徐变可以满足桥梁对混凝土耐久性的要求。

层状介质中的瑞雷面波理论及其在场地脉动观测中的应用

本文介绍半无限空间上多层介质中瑞雷面波频散计算的哈斯克尔方法和诺波夫改进法。在讨论了瑞雷面波地表处水平和竖向分量幅值比(H/V)的计算方法后,本文通过引入复波速概念以考虑介质的阻尼。通过对上海市典型场地土层的计算分析,研究了影响频散曲线和H/V曲线的诸因素。利用H/V方法计算了上海市12个有土层波速剖面的场地卓越周期并与实测结果对比发现两者符合良好,表明可利用瑞雷面波理论解释地脉动的观测结果。同时还确认了场地卓越周期和基岩埋深具有很好的相关性。

超高韧性水泥基复合材料取代保护层混凝土梁抗锈蚀性能研究

将超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)应用于钢筋混凝土梁的保护层,制作受拉侧UHTCC保护层厚度为15mm(不包含受拉钢筋)、50mm(包含受拉钢筋)的钢筋混凝土/UHTCC复合梁及全梁均为UHTCC和混凝土的4种简支梁,在人工加速锈蚀条件下使主筋锈蚀,考察采用UHTCC做钢筋混凝土梁保护层对于抑制钢筋锈蚀引起保护层锈胀开裂的功效,并对锈蚀后梁的弯曲性能进行试验研究和分析。结果表明,UHTCC部分取代保护层混凝土(包含受拉钢筋)能有效抑制或延缓钢筋锈蚀引起的保护层开裂,有效提高混凝土结构或构件的服役寿命。锈蚀后梁的弯曲试验表明,利用UHTCC部分(50mm)或全部取代混凝土梁钢筋锈蚀后梁破坏形式不发生变化,承载力下降不明显。

实时子结构试验中加载系统数值模型

为更好地揭示实时子结构试验中加载系统的动力特性,使系统数值模型能准确反映其实际工作状态,在Jung建立的电液伺服系统数值模型的基础上,对原传递函数模型做了3项修改,修改包括作动器传递函数的修正、流量增益和压差反馈增益的修正.修正后的模型与Simulink非线性模型得出的结果完全吻合.利用Simulink模型和传递函数模型进行实时子结构试验数值仿真,验证了修正后传递函数模型的准确性.

超声脉冲平测法在混凝土工程检测中的应用

用超声脉冲法进行混凝土工程强度或缺陷检测时,经常遇见试件只有一个测试面的情况,这时就不得不将换能器布置在试件的同一个侧面上进行超声平测.针对超声脉冲平测法进行了分析研究,结果表明:采用超声平测法修正声速取代对测法声速后,可按常规公式推定混凝土强度;平测法相对于对穿法具有较强的可操作性;在混凝土缺陷探测时,可利用部分平测数据参与评定.

钢筋混凝土梁弯曲破坏时声发射信号能量特征及其辅助定位

为了得到钢筋混凝土梁在弯曲破坏时声发射能量特征,对钢筋混凝土梁进行了弯曲破坏实验,捕捉实时能量特征。加载方式分为直接加载至破坏和分段加载至破坏两种方式。通过分析捕获的实时声发射信号能量信息以及整个加载阶段钢筋混凝土梁的能量释放特征,对钢筋混凝土梁的损伤断裂进行了预示。加载之前进行了断铅实验,进行了能量辅助定位,并获得了较好的精度。

预制混凝土管组合柱-钢梁节点核心区受力性能分析

建立了预制混凝土管组合柱-钢梁节点在往复荷载作用下受力性能分析的精细化有限元计算模型.根据已完成的6个“弱节点”试验结果,对比分析试验与模拟试件的破坏模式、梁端荷载-位移骨架曲线和特征点荷载,验证了有限元模型的准确性.研究了预制混凝土管组合柱-钢梁节点核心区受力全过程工作机理,并对各关键组件的应力、应变发展规律及其相互作用进行分析.通过有限元模型参数化分析,研究了轴压比、钢套箍厚度、钢套箍延伸高度、预制混凝土管强度及芯部混凝土强度等因素对节点承载力和变形能力的影响.分析结果表明:在梁端往复荷载作用下,钢套箍屈服“拉力带”和核心区混凝土“斜压杆”机构共同抵抗节点剪力;峰值荷载时钢套箍以刚体变形为主,极限荷载时钢套箍腹板大面积屈服;芯部混凝土、钢套箍与预制混凝土管之间界面接触相互作用力分布不均匀;轴压比、钢套箍厚度、预制混凝土管和芯部混凝土强度对节点承载力及变形能力影响较大,增大钢套箍厚度可以显著提高节点承载力及变形能力;钢套箍延伸高度增加可以提高节点变形能力,但对承载力影响不明显.建立了预制混凝土管组合柱-钢梁节点受剪计算模型,理论值与模拟值吻合较好且偏于安全.