防灾减灾工程及防护工程学科群核心课程的建设——以河北地质大学为例

为了更好地建设防灾减灾工程及防护工程学科群核心课程,并提升防灾减灾工程及防护工程学科群人才培养质量,文章首先阐述了防灾减灾工程及防护工程学科群核心课程的建设设想,然后针对核心课程的相关部分专业,对核心课程内容优化的措施进行了分析,最后提出了对核心课程内容教学方式的改进策略。

防灾减灾工程及防护工程学科人才培养现状研究

在高校的涉灾领域研究生培养中,防灾减灾工程及防护工程是与应急管理最为直接相关的学科,也是目前众多高校普遍设置的研究生培养学科,近年来发展较为迅速,培养了大批防灾减灾与应急管理类人才。为厘清防灾减灾工程及防护工程的学科概况、学科基础、人才培养以及科学研究等现状,文章针对我国目前开设该学科的高校情况、师资队伍以及人才培养等方面进行了全面细致、深入系统的调查研究,并对该学科的近期发展概况进行了总结。该调查研究可为了解相关领域的人才培养现状提供依据。

微胶囊-纤维水泥基复合材料的动态压缩性能

微胶囊自修复水泥基材料具有良好的修复性能,但力学性能会随着微胶囊的加入有所减弱.纤维的加入可以增强材料的裂缝效果,与微胶囊形成有效互补.为研究纤维类型和应变率对微胶囊自修复水泥基材料压缩性能的影响,设计3种配合比类型,即聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)纤维、聚酰胺(polyamide,PA)纤维及PVA-PA混杂纤维的实验试件,基于立方体抗压实验系统及分离式霍普金森压杆装置(split Hopkinson pressure bar,SHPB),研究不同应变率下的动态压缩行为.研究结果表明,在应变率为1×10^(-5)s^(-1)时,加入PVA、PA和PVA-PA后,自修复水泥基材料的压缩强度分别下降了12.96%、8.91%和9.03%;随着应变率的提高,材料的压缩强度不断增大,且材料的动态增长因子与应变率满足线性关系;在低应变率下,纤维能改善材料的能量吸收能力,耗散能及能量耗散因子有所提高.研究可为混凝土材料在动态条件下提高自修复性能提供实验依据.

火灾中钢筋混凝土简支梁破坏形态研究

为了研究钢筋混凝土简支梁在高温过程中破坏形态的变化规律,通过建立钢筋混凝土简支梁的温度场模型,计算高温过程中钢筋混凝土简支梁的极限承载力。并对考虑不同影响因素的3组简支梁试件进行理论分析,研究高温过程中不同参数对简支梁破坏模式临界点β的影响。结果表明:受拉侧纵筋配筋面积越大,β点对应受火时间t越滞后;混凝土保护层厚度的增加使得β点对应受火时间t提前,但影响较小;混凝土强度越高,β点对应受火时间t越提前。并确定各参数与临界点受火时间之间的计算方法。

竖向地震动场的空间相干函数模型

根据台湾SMART 1台阵采集的六次重大地震的加速度数据记录,利用数字信号处理技术,对竖向地震动场的空间相干函数进行分析。按照各测点对在波传播方向上的投影距离进行分组,研究了竖向地震动场空间相干函数与它们的空间距离(投影距离)、频率的关系,发现它们随两点的距离增大而减小,且与这两点在地震波的传播方向上的投影距离有较大的关系,不具有“各向同性”的性质;它们均随频率的增大而减小。在总结前人研究成果的基础上,采用Hao提出的相干函数模型来描述竖向地震动场空间相干函数。根据实测地震数据,分别对相干函数理论表达式中的一些参数进行了拟合。结果表明,该模型具有较强的合理性和实用性。

方形断面高层建筑的气动阻尼研究

通过长细比为6的方形断面柱体单自由度气动弹性模型的风洞试验,利用随机减量方法对这类高层建筑的横风向及顺风向气动阻尼进行了估算,分析了折减风速大小、结构所处风场类型及结构阻尼对气动阻尼的影响规律,拟合得到实用计算公式,可供规范修订时参考。

地震地面运动局部谱密度的小波变换估计

已有的不少研究表明,地震地面运动的时频非平稳特性对结构响应有着很大的影响,对这种影响考虑的准确与否直接涉及结构分析的安全性。因此采用能反映时频非平稳特性的时变谱密度(即局部谱密度)来描述地震地面运动是非常必要的。首先从理论上比较了几种局部谱密度的估计方法,指出利用小波变换来估计局部谱密度在精度和速度方面有着相当的优势,有利于局部谱密度在地震动模型化、结构随机响应分析以及动力可靠度评价等方面的应用。然后通过具体算例,对理论分析进行了验证。

基于人工神经网络的机场土面区压实度预测

为提高机场土面区安全动态预测及保障能力,结合某机场为期6 a的土面区安全评估数据,建立基于人工神经网络(artificial neural network,ANN)的压实度预测模型.选取天然密度(natural density,ND)、实测含水率(actual water content,AW)、最优含水率(optimal water content,OW)、降水状况(rainfall condition,RC)和压实状况(compaction condition,CC)作为输入向量,以双曲正切S型传输函数作为传递函数,利用400组实测数据完成模型训练后,用随机抽取的100组测试数据对模型进行精确校验,通过纳什效率系数(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient,NSE)分析ANN模型的预测能力,并进行工程应用验证.结果表明,充分训练后ANN模型的均方差为0.98,NSE计算值为0.89,可有效预测土面区压实度.机场对比试验结果表明,大部分测区预测误差在±5%之内,仅有1个样本误差为15%,NSE计算值为0.86,达到了工程应用精度.采用影响因素分析法优化ANN模型发现,ND和AW是影响压实度最重要的因素,管理部门可通过严格控制回填土级配和加强排水措施有效改善土面区安全性.

春融作用对寒区机场土面区工作性能的影响

为研究春融期间温升效应影响下寒区机场升降带土面区导热性能及剪切强度变化规律,通过预埋温度传感器、稳态平板法和快速直剪法,制备了含水率分别为15%、17%、19%和21%,压实度分别为90%、95%和98%的冻土试样,分析了内部温度场变化、导热系数变化和快速直剪实验结果,得到了冻土试样导热性能及力学性质的变化特征,总结了春融过程对土面区工作性能的影响.结果表明,冻土试样内部温度场在温升过程中发生了剧烈变化,冻结核的存在使其融化过程呈现4个阶段,包括快速升温期、缓和融化期、加速融化期和已融化期.通过对12组冻土试样的导热系数变化规律分析,发现温升过程中导热系数整体下降但仍存在波动变化,与内部温度场变化规律一致.通过分析60组冻土试样分别在环境温度为-5、-1、3、7和11℃时的快速直剪实验结果发现,在温升过程中压实度提高使抗剪强度变大,含水率增加使抗剪强度减小.

基于截面最佳刚度分布钢框架结构抗震设计方法研究

针对平面和竖向均规则、对称的钢框架结构,基于截面刚度最佳分布,提出一种抗震设计方法。首先,将钢框架结构简化为竖向悬臂杆,并设定其层间剪切变形角和弯曲变形角变化率在竖直方向上为定值,依据变形与内力的关系,确定截面刚度的最佳分布。其次,基于截面刚度最佳分布,通过分析截面刚度与截面尺寸之间的内在联系,确定计算单柱截面面积的方法 -比例法。为简化设计方法,借用6层、9层钢框架算例模型地震反应弹塑性时程分析结果,利用最小二乘法拟合确定钢框架柱截面面积和惯性矩最佳分布,并提出便于工程应用的抗震设计方法。然后,基于本文所提出的抗震设计方法建立10层算例模型,选取4条地震波对其进行地震响应弹塑性时程分析,结果表明各层弹性和塑性层间位移角分布均匀且符合抗震规范要求。最后,通过10层算例模型的层屈服剪力系数与最佳层屈服剪力系数的对比,验证了上述抗震设计方法的合理性与可行性。

泡沫铝夹芯结构在油气爆炸荷载作用下的抗爆性能试验研究

为研究泡沫铝夹芯结构对油气爆炸冲击波的衰减性能及影响其性能的因素,设计一种试验测试系统。在模拟坑道内,点燃混合均匀的油气混合物获取爆炸荷载,并通过调节油气浓度比例来控制爆炸荷载大小,对油气爆炸荷载作用下泡沫铝夹芯结构的防护性能进行定量分析。结果表明,当泡沫铝芯层厚度≥10 mm时,泡沫铝夹芯结构对油气爆炸冲击波的衰减效果优于实体金属结构;泡沫铝夹芯结构对油气爆炸冲击波的衰减效果随芯层厚度的增加而提升,但衰减效率呈逐渐减小趋势,试验得出的芯层最优厚度下限为16 mm。

张坡村滑坡数值模拟研究

以甘肃省秦安县张坡村接触面滑坡为研究对象,通过现场调研、室内试验以及数值计算探究其形成机制。研究结果表明,滑坡的形成机制为黄土-泥岩接触面斜坡在原始应力条件下,坡顶处靠近斜坡临空方向土体内部位移变化最大,逐渐发展至黄土-泥岩接触面位置,以接触面为界,两侧位移变化明显。应力变化主要集中在黄土层内,靠近斜坡表面应力变化最大,当斜坡发生破坏时,首先从黄土-泥岩接触面开始,加之降雨条件加速了斜坡破坏进程,当滑面贯通,滑坡产生。

基于Timoshenko梁的锚索框格结构内力与变形解析方法

预应力锚索框格梁广泛应用于公路岩土边坡加固。以往求解框格梁内力一般为倒梁法和弹性地基梁法,采用的梁模型多为Euler-Bernoulli梁,基本未考虑剪切变形引起梁的附加挠度以及梁体配筋对内力变形计算的影响。通过理论推导,得到了在Winkler弹性地基上于承受多处分布荷载的Timoshenko梁内布置拉、压双层钢筋时的内力与变形解析解,选取工程实例对Timoshenko梁解析解、Euler-Bernoulli梁解析解以及有限元数值仿真计算的内力与变形值进行对比,3种方法得到的内力与变形分布基本一致。Timoshenko梁解析解与数值仿真结果更为接近,Euler-Bernoulli梁解析解计算的梁体负弯矩及竖向变形值与其他方法存在一定差异。对比结果证明,提出的Timoshenko梁解析解在一定程度上提高了计算精度,计算方法较合理。

基于物联网的城市桥梁安全监测管理系统的研究与应用

城市桥梁是组成城市基础设施的关键部分,其服役期间的正常运维是桥梁工程领域的研究重点。传统的桥梁安全监管方式大多是针对单一桥梁布设传感器进行健康状态评估,鲜有对城市桥梁群建立监测、预警、处置、反馈全流程的多部门协作监管系统,并且现有系统存在开发技术老旧、可扩展性不佳等缺陷。基于此,本研究的物联网架构采用感知层设备和卫星监测系统以及对应的网络层传输技术,在云平台部署前、后端应用及数据库等服务器,构建了功能全面、交互友好、流程清晰的PC端城市桥梁群监管系统和移动端巡查上报小程序。监管系统实际应用于浙江省杭州市余杭区700余座桥梁群中,实现了对城市桥梁群的数据采控、智能分析、预警派单、巡检反馈全流程监管,充分验证了系统设计的合理性和应用可行性,对后续桥梁监测管理系统的研究与开发具有良好的借鉴意义。

高层建筑环境振动TLD控制研究

该文针对上海某一居住小区高层建筑环境共振问题,提出将双向调谐TLD应用于结构水平双向振动控制的方案。ANSYS有限元分析结果表明,受控后结构在水平双向及竖直向均得到了很好的减振效果,从而满足舒适度要求。并通过对不同参数TLD布置方案的可行性分析,给出了同时满足结构承载力和空间布置要求的建议方案。

基于HHT的非线性振动系统参数识别研究

该文采用Hilbert-Huang变换(HHT)对时变阻尼自由振动系统以及常见的Duffing振动系统和Van der Pol振动系统进行参数识别。首先通过经验模态分解将振动信号分解为自由振动信号和强迫振动信号,通过经验包络法得到分解后信号的振幅包络线和瞬时频率。进而使用瞬时振幅及瞬时频率通过最小二乘法估计得到振动方程的各项参数。与小波识别结果进行对比,数值算例表明Hilbert-Huang变换可以有效地识别时变阻尼自由振动以及Duffing振动系统和Van der Pol振动系统的时变参数并且有较高精度。