Toughening ultrastrong low-density steel by textured δ-ferrite lamellas

By both the Charpy V-notched impact and the projectile tests, we here investigated the dynamic fracture behavior of a recently developed ultrastrong lightweight steel comprising a hierarchical martensitic matrix, dispersed ultra-fine-retained austenite grains and oriented δ-ferrite lamellas, the latter being due to high Al and Si contents employed for low-density design. This steel shows a superior combination of specific ultimate tensile strength and impact toughness to other ultrastrong steels and has successfully arrested a real steel-cored bullet shot. These are attributed to the densely textured δ-ferrite lamellas that can deflect the propagating cracks until they are trapped and enclosed besides austenite-to-martensite transformation crack closure, leading to more energy consumed before failure. These results suggest a new pathway for toughening ultrastrong lightweight steels.

Adaptive illumination light source for online machine vision inspection of tin steel strips

The different reflection characteristics of the surface of tin steel strips and the different speeds of the tinning line demand an adaptive illumination light source for online machine vision inspection. This light source can be integrated with a time delay integration charge-coupled device （TDI CCD ） to capture the images of moving objects and facilitate inspection of the surface quality of tin steel strips. On-site application show the effectiveness of the TDI camera with the adaptive illumination light source in detecting the surface defects on tin steel strips of three different materials and with different tin coating weights.

Study on the Dynamic Characteristics of Light Steel Residential Structural System

The study on the dynamic characteristics of light steel residential structural system has both theoretical and practical significance for the application and promotion of light steel residential structural system. In this paper, we analyze several common types of light steel residential structural system, describe the dynamic characteristics of the light steel residential structural system for an overview on the basis of former related studies, and then summarize the advantages of light steel residential structure system.

Light weight analysis of a skeleton vehicle frame using BS960 super-high-strength steel

Static strength finite element analysis was conducted to decrease the weight of a skeleton vehicle＇s frame. Results indicated that the maximum stress occurs on the front beam ＇s variable section area. Dynamic sensitivity analysis elucidated the relationship between the maximum stress and the thickness of a particular beam,e. g.,top,middle,and bottom beam. Displacement was analyzed by the key part that influenced the maximum stress. Finally,the new plan using BS960 super-high-strength beam steel and the preferred beam thickness was compared with the original plan. New combinations of beam thickness were introduced on the basis of different purposes; the maximum responding light w eight ratio was 21%.

基于BIM技术与模拟退火算法的村镇轻钢框架结构智能设计方法

传统村镇住宅结构设计需要进行大量的人工试算与重复建模,而受制于建设成本,村镇住宅无法像城镇住宅一样通过设计师进行专业的结构设计与验算,其安全性与经济性均难以满足要求。为此,提出一种村镇轻钢框架结构智能设计方法,包括智能建模与智能优化两个环节。基于图层自动识别算法、光学字符识别技术、自适应分块算法提出村镇轻钢框架结构BIM智能建模方法,包括图层识别、轴文本数据提取、墙体轮廓提取等,智能建模结果基本满足实际工程要求。基于提出的两阶段模拟退火算法给出村镇轻钢框架结构的智能优化方法,优化速度较快,优化效果良好。通过实际工程案例对提出的智能设计方法进行验证,结果表明,提出的村镇轻钢框架结构智能设计方法具有可行性,与传统的人工设计方法相比,设计周期可缩短70%以上,材料用量、结构设计指标接近人工设计结果。

装配式轻钢框架-轻钢骨架轻混凝土墙板结构抗震性能

为研究装配式轻钢框架-轻钢骨架轻混凝土墙板结构抗震性能,对1个足尺轻钢框架结构试件和3个足尺轻钢框架-轻钢骨架轻混凝土墙板结构试件进行了低周反复荷载下的抗震性能试验及理论分析,试件变量包括:2种装配构造,即内嵌式装配墙板、外贴式装配墙板;2种轻钢骨架轻混凝土墙板,即框架式轻钢骨架轻混凝土墙板、桁架式轻钢骨架轻混凝土墙板。研究了各试件的破坏特征和损伤演化过程,分析了结构滞回特性、承载力、变形能力、刚度退化、耗能性能和应变。结果表明:装配式轻钢框架-轻钢骨架轻混凝土墙板结构共同工作性能良好,其水平承载力相比轻钢框架提高了204.7%~210.4%,抗侧刚度提高了257.3%~512.5%,结构变形及耗能能力有显著提高;内嵌墙板的自攻钉连接构造以及外贴墙板的螺栓连接构造传力性能可靠,结构具备2道抗震防线的受力特征;基于简化塑性分析模型以及拉压杆软化桁架模型,对试件承载力进行了计算,计算结果与试验符合较好。

台风作用下轻钢屋面自攻钉节点的静力-疲劳统一设计模型

对已受疲劳损伤的V125型屋面板自攻钉节点进行静力拉伸试验,获得该类节点在不同幅值疲劳加载作用后的剩余承载力,并分析其在受静载作用下的损伤演化过程,提出了风致疲劳作用下的承载力折减及退化系数计算方法,建立了静力-疲劳统一设计模型.根据实验结果,推导拟合了风速与风致疲劳折减系数的相关关系.根据我国沿海11个城市的台风风速概率信息,给出了适用于相应城市的V125型自攻钉节点的静力-疲劳承载力退化模型.结果表明:V125型自攻钉节点的疲劳极限为其静力极限承载力的20%;在风致疲劳作用下,中国台北的轻钢屋面自攻钉节点的疲劳损伤折减系数最大,上海地区自攻钉节点的疲劳损伤折减系数最小.

轻钢龙骨防火组合楼板梁板节点连接试验研究

轻钢龙骨防火组合楼板是一种新型的装配式楼板,因为自重较小,同时具有较大的承载力,板底板顶附层为防火楼板,具有较好的防火能力,该种楼板作为简支板直接放置于工字钢梁上,支座处无法传递负弯矩,因此在梁顶支座处会出现一条通缝,严重影响使用效果,同时简支板体系也不符合抗震规范的要求。本文提出一种新的支座处梁板节点连接方式,目的是通过合理连接,实现支座处能够传递负弯矩,由简支变为固结。试验采用液压千斤顶对试件施加静荷载,对11个全比例节点连接试件进行研究,考虑连接件搭接长度、连接件厚度、连接所用的自攻螺钉(螺栓)的数量,以及连接件尺寸对梁板连接节点承载力和挠度的影响,并对节点连接件与C型轻钢龙骨之间的变形协调能力做出了分析。研究表明,本文提出的以Z型钢为连接件的梁板节点连接方法安全可靠,可实现该新型楼板的双跨以及多跨连接。

木结构墙体空气声隔声性能

【目的】研究全频段范围内木结构墙体空气声隔声性能,明确限制常规构造木骨架墙体隔声性能的瓶颈,揭示设置隔声垫层、改变骨架类型、设置窗体等设计参数对墙体隔声性能的影响规律,提出高空气声隔声等级的木结构墙体体系,为木结构墙体在装配式建筑中的高效应用提供技术支撑。【方法】通过小尺寸材料层面的阻抗管法试验,比较分析60~6300 Hz频率范围内工业级弹性橡胶板(橡胶板)、聚氨酯橡胶隔音减震板(聚氨酯板)和聚苯乙烯挤塑板(XPS板)等隔声垫层的隔声性能;基于实验室法开展全尺寸墙体在100~5000 Hz频率范围内的隔声试验,通过1/3倍频程频段18个中心频率对应的单值隔声量,得到墙体计权隔声量(R_(w))、频谱修正量和隔声等级,并与装配式建筑中广泛应用的蒸压加气混凝土(ALC)墙体和正交胶合木(CLT)墙体进行比较。【结果】相较同一厚度的聚氨酯板和XPS板,全频段范围内橡胶板的隔声量较高,且其隔声性能随板厚增加而提高,试验范围内,10 mm厚橡胶板隔声效率最高。常规构造木骨架墙体的隔声量整体上随声波频率增加而提高,该墙体体系在125和3150 Hz处分别出现明显的共振隔声低谷和吻合隔声低谷,其R_(w)为43 dB,用作隔墙或围护构件时的空气声隔声等级分别为4和3级;在墙骨架和定向刨花板(OSB)间设置10 mm厚橡胶板后,受制于木龙骨的声桥作用,墙体隔声性能提升有限,R_(w)增至45 dB,隔声等级未发生改变,常规构造和设置橡胶板的木骨架墙体体系均不满足现行国家标准对普通住宅墙体的隔声要求。当墙骨架采用轻钢骨架且轻钢骨架两侧均覆面双层石膏板(GB)时,该墙体体系的R_(w)增至50 dB,用作隔墙或围护构件时的空气声隔声等级分别升至6和5级;在石膏板和轻钢骨架间设置10 mm压缩玻璃棉条后,R_(w)增至51 dB,隔声等级未发生改变,该轻钢骨架墙体体系满足现行国家标准对普通住宅墙体的隔声要求。与200 mm厚单层和复合ALC墙体相比,试验范围内轻钢骨架墙体的厚度和面密度分别降低35%和70%,但空气声隔声性能更高;针对道路交通、企业生产经营和日常生活等噪音对应的频率范围(160~630 Hz),该轻钢骨架墙体体系的隔声性能增加明显。在常规构造木骨架墙体基础上开洞安装R_(w)为33 dB的窗体,墙体在全频段范围内的隔声频谱特性曲线未发生明显变化,其R_(w)达44 dB,用作隔墙或围护构件时的空气声隔声等级分别为5和4级;常规构造木骨架墙体一侧的GB由单层增至双层、木骨架和OSB间设置10 mm厚橡胶板、木骨架和GB间设置金属减震龙骨制成复合墙体,在复合墙体上安装窗体,该墙体的R_(w)增至48 dB,且在低频段下的共振隔声低谷和高频段下的吻合效应低谷消除或明显变浅,用作隔墙或围护构件时的空气声隔声等级分别升至6和5级,满足现行国家标准对普通住宅墙体的隔声要求。【结果】与木骨架墙体相比,CLT墙体的空气声隔声性能较低;共振隔声低谷、吻合隔声低谷和声桥效应是限制常规构造木骨架墙体隔声性能的瓶颈因素,导致该墙体体系不能满足现行国家标准对普通住宅墙体的隔声要求。将木骨架替换为轻钢骨架,并设置隔声垫层、增加墙面板数量,能够有效提高墙体的空气声隔声性能。

光切面法的电力钢管塔法兰肋板焊缝三维重构

针对电力钢管塔法兰肋板自动焊接中焊缝引导问题,提出一种基于线激光光切面的肋板焊缝三维重构和测量方法。构建面阵相机和线激光测量平台,采用张正友法标定测量模型,建立光平面上点空间坐标和相机图像坐标对应关系。对实物进行光切面扫描实验,通过测量模型求解对应点空间坐标,基于Visual Studio平台对空间点云三维重构,采用随机采样一致性(RANSAC)迭代法实现肋板所在平面的点云分割,基于法线及k邻域搜索结合的点云边缘提取算法进行边缘提取,以采样点与其k邻所对应投影点连线的最大夹角为判定原则提高点云边界识别精度,最后设计基于统计滤波点云筛选原则实现各目标焊缝的分割。实验结果表明,光切平面测量模型标定后相对误差≤1.46%,焊缝拟合后长度最大绝对误差0.97mm,相对误差≤1.29%,该方法可同时提取两条目标焊缝,具有高效率、低成本等特点。

轻钢龙骨复合墙板研究进展

装配式钢结构建筑具有抗震性能好、自重轻、施工速度快等优点,但因与其配套的围护外墙板较少,制约了装配式钢结构的发展。近年来结构轻便、保温性能好、抗震性能优良的轻钢龙骨复合墙板被逐渐应用到装配式钢结构建筑当中。对现有轻钢龙骨复合墙板进行了分类,总结了各类墙板的特点,并介绍了国内外针对墙板的抗弯性能、抗剪性能、抗震性能以及热工性能等方面的研究现状。在此基础上,分析了轻钢龙骨复合墙板存在的问题,提出了一种热工与防火性能好、自重轻、连接安全可靠、管线易于分离且可工业化生产的新型轻钢龙骨复合墙板。

全钢架保温棉墙体轻简化日光温室的创新设计与建造

为有效解决传统温室造价高、用工多等问题,有效提高日光温室的建造效率,提升设施农业科技水平,创新设计了全钢架保温棉墙体轻简化日光温室。全钢架保温棉墙体轻简化日光温室是以轻质材料保温棉(玻璃丝棉)为墙体(包括后墙、山墙)、以全钢骨架组装配套的日光温室,相对于传统土墙温室,具有建造成本低、建造周期短、施工轻便、建造及拆卸方便,节省土地、不破坏自然环境,抗风、抗压能力强,空间大,有利于组装并应用智能水肥一体化、远程终端控制等物联网设施设备,便于设施园艺新产品、新技术的组装配套等优势。建造1座长70 m、跨度10 m的全钢架保温棉墙体轻简化日光温室,造价约为13.87万元,平均198.14元/m^(2),比传统土墙温室总成本减少3万元以上,适宜在河西走廊及西北地区的戈壁、耕地上推广,特别适合在戈壁荒漠地区开展葡萄、樱桃等园艺作物产品的提早、延迟上市栽培,及其他水果及蔬菜、花卉等园艺作物的1年2茬或周年生产及种苗繁育。

装配式轻钢复合墙体抗震性能试验研究

装配式轻钢复合墙体是一种集承重保温围护一体化的新型墙体。为研究轻钢复合墙体的抗震性能,以轻钢龙骨形式和填充材料类型为变化参数,设计了4个足尺试件进行低周往复荷载试验,得到了各试件的水平承载力、滞回特性和破坏特征,并分析了结构的抗侧刚度、耗能能力和水平承载力。结果表明:墙体轻钢骨架与内填材料协同工作性能良好,墙体的最终破坏表现为钢骨架强度破坏。水平龙骨由C型钢调整为双面扁钢可提高其水平承载力,但会降低墙体的延性和耗能能力;相较于内填泡沫混凝土填充墙体,内填聚苯颗粒泡沫混凝土墙体的水平承载力、刚度和耗能能力都有所降低,但延性有所提高。

建筑混凝土轻钢结构损伤可靠检测仿真研究

建筑混凝土轻钢结构强度高、整体刚性好、变形能力强,但由于其构件断面偏小,发生开裂损伤后极限承载能力下降,严重影响建筑整体质量,所以应研究建筑混凝土轻钢结构损伤检测方法。先构建轻钢结构实体并自动生成三维轻钢结构有限元模型,利用模态分析模块求解轻钢结构模态参数。采用希尔伯特振动分解算法,获取轻钢结构损伤检测的最大幅值分量信号,并将其输入至全连接神经网络,检测损伤情况,并输出损伤结果。测试结果显示:获取的一阶和二阶频率结果与实际结果之间最大差值分别为0.75Hz和1.2Hz,说明上述方法可准确得出轻钢结构的相关模态参数,能够完成建筑混凝土轻钢结构损伤的可靠检测。

冷轧钢表面与内部缺陷检测研究

为实现冷轧钢缺陷的全面检测,针对其表面和内部缺陷检测展开研究。对于表面缺陷检测,提出采用双侧线光源照明方案,并与常规线光源照明方案进行对比。对于内部缺陷检测,从检测分辨率和缺陷边缘特征两方面分析X射线、超声以及红外热波成像等金属内部检测技术的适用性。经实验验证,双侧线光源照明不仅可以使YOLOv5目标检测算法总体平均精度mAP:0.5达到90.16%,相比线光源照明提升了15.46%,还可优化模型分类和提高训练效率。X射线和超声波检测法可检测直径为0.25 mm的盲孔,而红外热波成像技术则可有效识别出直径为1 mm的盲孔。在缺陷边缘特征评估中,X射线检测法的最小盲孔边缘灰度差值为145,超声波为89,红外热波成像为30。本研究提出了一种冷轧钢表面缺陷检测的改进方案,并为内部缺陷检测提供了思路。

轻钢结构建筑物化阶段碳排放及减排的研究

建筑行业碳排放量占社会碳排放总量的40%左右,其中,建筑物化阶段的碳排放总量最大,且强度高,该阶段碳减排是建筑减排的重要突破口。目前,大部分建筑减排研究主要针对传统现浇钢筋混凝土建筑,对于轻钢结构建筑的研究较少,针对轻钢建筑物化阶段碳排放的研究更少。本研究构建了轻钢建筑物化阶段碳排放计算模型,选取北京某轻钢结构建筑为案例,通过计算物化阶段的碳排放,分析建材生产、运输、施工建造各阶段的碳排放,发现轻钢结构建筑在各阶段有较大的减排潜力,并提出相应的减排措施。

多联机系统与轻钢装配式建筑一体化设计新方法

近年来,轻钢装配式建筑因施工便捷、环境效益高等优势,大量应用于工程实践,有很好的应用前景。而由于传统暖通空调设计方法导致的后续施工会二次破坏建筑构件,传统暖通空调设计方法已不适用于轻钢装配式建筑。目前,针对暖通空调与轻钢装配式建筑融合发展的研究与应用相对较少,为填补该领域的空白,提出了一种暖通空调系统(以多联机为例)与轻钢装配式建筑一体化设计新方法IB-VRV(variable refrigerant volume air conditioner integrating with buildings)。探究了适用于传统建筑的暖通空调设计方法与适用于轻钢装配式建筑的暖通空调设计方法的差异。并根据这两种暖通空调设计方法的差异,在现有传统暖通空调设计理念的基础上,凝练出暖通空调系统与轻钢装配式建筑融合发展三项原则。这三项融合原则分别为结构安全优先、非同寿命周期和功能区弹性化原则。基于上述三原则,进一步提出暖通空调系统与轻钢装配式建筑融合新方式,并以多联机系统为案例展开深入分析。研究结果表明,所提出的IB-VRV能够弥补传统暖通空调设计方法应用于轻钢装配式建筑的不足,并能充分发挥轻钢装配式建筑自重轻、结构简单、构件小可暗装等优势。该研究为暖通空调系统与其他类型装配式建筑一体化设计开拓了思路,奠定了理论基础。

全轻页岩陶粒混凝土与钢筋的极限粘接强度影响研究

全轻页岩陶粒混凝土和钢筋之间的粘接作用较为复杂,粘接强度受钢筋类型、锚固长度、混凝土强度等因素影响,通常采用中心拉拔试验方法分析全轻页岩陶粒混凝土的粘接效果。对此,采用该方法进行了12组不同标准的全轻页岩陶粒钢筋混凝土试件粘接强度测试试验,分析了试件拉拔破坏和劈裂破坏二种破坏形态,对比了不同钢筋直径、钢筋类型和混凝土强度等级下试件的粘接强度变化,并提出了更加合理的极限粘接强度计算方式。以期促进全轻页岩陶粒混凝土的深入研究和在建筑行业的广泛应用。

轻钢房屋整体风致易损性分析

轻钢房屋被广泛用于民宅和厂房等低矮建筑中。该类结构轻质,对风荷载较为敏感,在台风中破坏严重,造成了巨大的经济损失,因此对该结构进行风灾评估具有重要意义。首先,基于随机模拟技术提出了轻钢房屋整体结构风致易损性的分析框架,其中涉及风荷载随机化方法、主体结构和围护结构风致易脆性分析方法以及房屋整体结构风致易损性分析流程。其次,基于所提框架对一具体轻钢结构风致易损性进行了案例分析,结果表明,所提方法较好考虑了飞掷物和风压联合作用及其造成的内压变化效应,并可将主体结构和围护结构的风灾损失进行融合,获得结构整体易损性曲线。

重庆白居寺长江大桥施工控制关键技术

重庆白居寺长江大桥主桥为主跨660 m的公轨两用双塔双索面钢桁梁斜拉桥。桥塔为空间曲线水滴形混凝土结构,采用爬模施工;钢桁梁为带边纵梁的倒梯形截面,利用桥面吊机进行对称悬臂施工。为确保成桥后的各项力学和线形指标满足设计要求,采用MIDAS Civil软件建立主桥施工阶段有限元模型,对塔顶偏位和应力、钢桁梁线形及斜拉索张拉进行施工监控。通过控制塔顶偏位以及关键断面应力,确保了钢桁梁施工中桥塔的安全;通过控制主桁和边纵梁的制造和安装线形,保证了钢桁梁成桥线形的控制精度;通过边、中跨1~5号索同步对称初张、6~20号索分级不对称初张及局部二次调索,提高了斜拉索的施工效率以及索力控制精度。施工监控结果表明:塔顶偏位最大偏差27 mm,钢桁梁线形最大偏差52 mm,斜拉索索力偏差在±5.6%内,均满足设计要求。