古建筑木构件开裂机制、评估与加固研究进展

开裂作为古建筑木构件最常见的残损类型之一,影响木构件的长期服役性能,是古建筑稳定性与安全性评估的重要考查内容。本文从古建筑木构件开裂情况、原因、影响,评估方法及修复加固等方面,系统梳理古建筑木构件开裂残损相关研究成果。分析发现我国古建筑木构件开裂的主要原因为木材干缩与受力破坏,主要类型为纵向开裂,开裂可降低木构件力学性能,也可为其他不利因素作用于木构件提供条件。目前主要通过实际试验与数值模拟评估开裂对木构件性能的影响,利用金属材料、纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)与高分子树脂材料对开裂木构件进行修复加固。然而,由于古建筑的特殊性与木材变异性,仍需进一步探索木构件的不同尺度开裂机制,开发适用于古建筑开裂木构件的检测、评估与加固方法,建立科学系统性的古建筑保护体系。

钛合金薄壁构件快速加热冷模热冲压成形技术进展

为了解决钛合金薄壁构件热成形效率低、成本高、组织性能控制难度大等问题,近年来钛合金冷模热冲压成形技术受到关注。在该新技术中利用室温模具对加热后的钛合金板材进行快速冲压成形和模内快速冷却,由于取消了模具加热,可以变革性地提高钛合金薄壁构件成形效率、降低成本。然而,与传统等温成形不同,在冷模热冲压成形过程中,钛合金板材温度不断下降,这对钛合金成形极限、回弹及组织性能等的控制提出了全新的挑战。分析了钛合金薄壁构件冷模热冲压成形技术特点及存在的问题,归纳了快速加热对钛合金组织性能的影响规律,综述了钛合金薄壁构件快速加热冷模热冲压成形工艺进展,最后对该技术未来的发展方向进行了展望。

装配式建筑PC构件产销一体化管理系统研究

混凝土预制(Precast Concrete,PC)构件是装配式建筑主体结构的基础,提升其生产的智能化、信息化水平尤为关键。文章以PC构件厂的生产管理模式和普遍管理现状为研究对象,基于PC构件生产线模式的需求分析,设计管理系统的基本组成架构、静态和动态信息模块,完成管理系统的开发。通过订单跟踪和生产管理在管理系统中的集成,完成PC构件的多品种、小批量生产的一体化管理;并基于数字孪生模型与PC构件生产设备之间的信息交互,实现订单跟踪的可视化管理。结果表明:管理系统通过对PC构件的订单跟踪和质量管理,可实现订单数据的全面分析和精细化管理,并有效提升生产效率和决策管理水平。

极地船型冰区强弱构件冰载荷分配

为了探究极地船型冰区结构横骨架式次要构件(骨材)与主要支撑构件(PSM)之间连接构件处的冰载荷分配规律,提出适用于骨材与PSM间连接构件处载荷的工程实用化计算方法。基于国际船级社协会极地船级规范中的设计冰载荷,提出横骨架式构件在设计冰载作用下由骨材承载分配至PSM处的载荷的工程实用化计算方法;将《散货船和油船共同结构规范》(HCSR)中的强弱构件间载荷分配方法拓展应用于极地船型冰区骨材与PSM间冰载荷分配中,在某极地科考船舯部冰带区有限元模型外板上施加设计冰载荷,根据舷侧横骨架式典型节点的应力计算出骨材与PSM间连接构件处的冰载荷值。计算结果表明,通过数值计算得到的载荷值与采用工程实用化计算方法得到的载荷值基本一致,HCSR中强弱构件间载荷分配方法可应用于极地船型中,横骨架式由骨材承载分配至PSM处的冰载荷工程实用化计算方法有效,研究结果可为后续极地船型冰区结构连接构件结构设计提供设计输入。

东北地区教学建筑侧窗导光构件形态模拟研究

目的 为解决东北地区教学建筑中自然光分布严重不均衡,而单纯依靠粗放式地提高窗地比采光计算方法无法改善,通过设置导光构件解决自然光分布不均衡的难题。方法 应用Ecotect软件建立典型教室空间和导光构件的参数化模型,分析导光构件内外位置、水平高度、截面尺寸、截面形态、透光度等参数变化对于采光系数、照度、采光均匀度等参数的影响。结果 通过对模拟数据的比较分析发现,导光板在位于侧窗室内一侧、高度为2 400 mm、截面宽度为1 050~1 200 mm、截面形态为弧形向下的情况下,采光照度和均匀度达到最佳平衡状态;导光百叶中的水平内倾百叶的综合性能优于其他类型。结论 横向比较,导光板最优方案在综合性能上优于导光百叶,是东北地区较为适用的导光构件。

基于RFID技术的装配式构件质量动态跟踪系统

装配式构件全寿命周期质量管理流程涉及众多节点企业,建立集成化、信息化的质量跟踪系统才能有效提升产业链协同效率和建造质量。从多方多目标协同管理的角度,提出了基于BIM和RFID技术的装配式构件质量动态跟踪系统方案,在分析质量管理需求的基础上设计了系统架构及主要模块,建立了系统信息流模型并进行了功能和界面设计,为企业提升装配式建筑质量管理水平提供参考。

液压支架立柱防冲吸能构件优化仿真及压溃实验研究

液压支架作为煤炭开采主要支护设备,经常受到冲击地压影响,防冲吸能构件起到保护液压支架作用,为获得更大的初始支反力峰值与吸能量、更小的支反力分散度,对吸能构件参数细化并通过ABAQUS有限元软件进行吸能构件的建模与压溃冲击仿真,获取吸能构件的吸能性能及屈曲变形形态,验证最优尺寸的吸能性能;对比吸能构件平均支反力的预测数据与有限元仿真数据,误差在15%以内,最优尺寸构件的平均支反力模型预测误差为−3.40%,验证吸能构件预测模型所预测数据较为准确;搭建吸能构件压溃实验台,选择5种加载速度,以准静态压溃方式对定制加工的吸能构件进行轴向加载压溃实验,实验结果表明:不同加载速度轴向压溃实验,支反力波动基本一致,最大初始支反力峰值为2253.52 kN,最大支反力标准差为206.23 kN,最小初始支反力峰值为2096.26 kN,最小支反力标准差为189.83 kN,初始支反力峰值的平均值为2149.32 kN,支反力标准差平均值为196.77 kN;不同压溃速度下的轴向压溃实验数据与吸能构件有限元仿真数据对比,初始支反力峰值、支反力标准差的相对误差分别为5.6%、11.07%;对最优尺寸吸能构件通过预测模型法、有限元仿真法、压溃实验法三种方法进行吸能性能分析,预测模型法的平均支反力为1879.7 kN,有限元仿真法的平均支反力为1945.9 kN,压溃实验法平均支反力为1919.8 kN,预测模型误差3.41%,压溃实验误差−1.3%,通过3种方法的数据验证结果,证明了吸能构件分析方法的可靠性和可行性。

不确定环境下预制构件生产鲁棒性调度研究

在确定了预制构件方生产工艺和资源约束情况的基础上,分析了预制构件生产调度计划对鲁棒值的影响;基于关键链技术制定了考虑二次资源冲突的集中缓冲进度计划,构建了以预制构件生产完工时间最短和鲁棒值最大为目标函数的双层规划模型,并通过嵌套式遗传算法对该模型进行求解。实证结果表明:基于该模型得出的调度计划鲁棒值最大且在面对不确定环境时更为稳定。

基于改进遗传算法的PC构件生产调度优化

基于流水线车间生产调度理论,建立以生产成本为决策变量、以最大化生产利润为目标的数学模型;结合预制构件车间生产的实际情况,设计最优选择法、局部变异算子改进遗传算法,求解最优生产调度方案。某预制构件公司订单生产调度仿真研究表明,基于改进遗传算法的PC构件生产调度优化可以在较短的时间内获得更高的利润,为提高预制构件智能化生产效率提供了技术基础。

堆内构件螺栓辐照促应力腐蚀可靠性评估方法

堆内构件连接螺栓所处工况环境恶劣,以辐照促进应力腐蚀开裂(IASCC)为代表的螺栓断裂失效事件时有发生,为了分析评估堆内构件螺栓的可靠性,提出了一种考虑螺栓IASCC失效的可靠性评估方法。首先,基于断裂力学理论中的应力强度因子准则,分别构建了SCC和IASCC失效的极限状态函数,并利用仿真分析方法求解函数中的最大等效应力。其次,考虑函数中各参数的不确定性,应用一次二阶矩法求解堆内构件连接螺栓的可靠度。最后,以堆内使用数量最多的M16型号螺栓为例进行计算分析。结果表明,断裂韧度与螺栓所受最大等效应力对螺栓可靠性的影响最大,裂纹扩展系数、裂纹扩展指数的影响次之,裂纹初始尺寸对可靠性的影响最小。此种评估方法可用于反应堆结构设计中各类连接螺栓的寿命预测及可靠性评估,也可以辅助确定反应堆结构安全检测周期和检测重点。

钢筋及BFRP筋混凝土深受弯构件受剪性能及尺寸效应对比分析:试验研究

文章旨在研究并对比钢筋及BFRP筋(玄武岩纤维增强筋)混凝土深受弯构件受剪性能及尺寸效应的异同,对4根钢筋混凝土深受弯构件及4根BFRP筋混凝土深受弯构件(梁高为300~1200mm)进行了剪切破坏试验。对比分析了荷载-位移曲线、斜裂缝宽度、混凝土应变、纵筋应变及腹筋应变随结构尺寸变化的发展趋势。揭示了钢筋及BFRP筋混凝土深受弯构件抗剪强度尺寸效应规律,并分析了设计规范和计算方法的适用性。研究表明:(1)BFRP筋混凝土深受弯构件的极限荷载约为钢筋混凝土深受弯构件的0.3~0.5倍,而挠度约为钢筋混凝土深受弯构件的1.4~1.7倍;(2)梁高从300mm增至1200mm时(试验梁的水平及竖向腹筋率均为0.51%),钢筋混凝土深受弯构件的名义极限抗剪强度下降34.0%,而BFRP筋混凝土深受弯构件下降45.7%;(3)对于大尺寸构件的抗剪承载力,设计规范的计算结果安全储备不足,未能合理考虑尺寸效应;(4)提出的尺寸效应理论公式可以定量描述结构尺寸对钢筋及BFRP筋混凝土深受弯构件名义极限抗剪强度的影响。

正弦波纹管填充乳化液式吸能构件吸能特性研究

预折纹式吸能构件是目前冲击地压矿井中唯一使用的吸能结构,具有优异的吸能特性,但在屈曲变形过程中存在载荷波动较大、由于摩擦的作用产生火花等问题。针对上述情况,设计了一种正弦波纹管(变径圆管)填充乳化液构成固液耦合体吸能构件(组合构件),研究了波纹管壁厚、母线振幅与出液口直径三个因素对吸能构件吸能特性的影响。建立平均载荷、载荷波动系数与比吸能的预测模型,利用Abaqus有限元软件的光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)粒子算法对模型进行流固耦合分析,通过响应面法对吸能构件的结构参数进行寻优并得到优化结果。研究结果表明,当波纹管壁厚3.959 mm,母线振幅3.721 mm,出液口直径22.161 mm时的吸能构件吸能特性最佳,平均载荷为438.684 kN,载荷波动系数为1.178,比吸能12.123 kJ/kg。通过对比验证,结果具有较高的可信度,为防冲支护装备的吸能环节提供了一种优越的吸能构件。

复杂微型构件特种能场辅助微成形研究进展

随着复杂微型构件特征尺寸的不断减小,尺度范围不断扩大,材料种类日益增多,单纯依靠模具施加载荷的塑性微成形技术受到越来越多的挑战,成为制约微型构件实际应用的关键技术瓶颈。特种能场微成形技术利用超声场、电场和电磁场等能场与材料相互作用产生的特殊物理效应进行微加工,可以明显改善材料的塑性流动,降低微成形载荷,从而显著提高微型构件成形质量。本文综述了超声场、电场和电磁场等特种能场作用下塑性微成形的研究进展。首先探讨了特种能场作用下材料力学性能响应机制及微成形尺度极限,其次介绍了特种能场作用下微成形过程中材料微观组织结构演化与缺陷形成机理,最后总结了特种能场辅助微成形的关键工艺参数及其对成形质量的影响规律,强调了通过优化工艺参数实现高精度成形的重要性,为复杂微型构件的低成本、高效制造提供了新的技术路径。

基于损伤因子的T形梁桥横向连接构件损伤识别

近年来,装配式T形梁桥在我国广泛应用,对桥梁易损位置横向连接构件损伤识别成为关注的热点问题.将T形梁桥的横隔梁简化成等刚度桥面板,采用弹簧体系模拟横向连接构件的受力变形,考虑横向连接构件剪力、横向力和翼缘板变形的影响,提出装配式T形梁桥横向连接构件损伤因子的理论计算式.将MATLAB理论计算、ANSYS数值模拟和实验的结果进行对比,验证损伤因子的有效性,并通过7种模拟工况和3种实际工况的对比,发现荷载作用位置越接近损伤横向连接构件,损伤识别的精确度越高.

异常点云干扰下的车身构件鲁棒性配准方法

点云配准是大型车身构件位姿参数测量的关键方法,但现有算法在大量异常点云干扰下难以配准至有效位姿,从而导致匹配失真,进而无法保证后续机器人作业质量。针对此问题,提出一种能够有效抑制异常点云干扰的车身构件鲁棒性配准算法——鲁棒函数加权方差最小化(RFWVM)算法。建立鲁棒函数加权目标函数,通过施加随迭代次数可变的动态权重来抑制配准过程中异常点云的影响,并由高斯-牛顿法迭代完成刚性转换矩阵的求解。以高铁白车身侧墙、汽车车门框为研究对象的试验结果表明,较经典的最近点迭代(ICP)算法、方差最小化(VMM)算法、加权正负余量方差最小化(WPMAVM)算法和去伪加权方差最小化(DPWVM)算法,所提出的RFWVM算法配准精度更高,能够有效抑制各种异常点云对配准结果的影响,并具有更好的稳定性和鲁棒性,能够有效实现各类车身构件点云的精确配准。

基于格宾石笼的隧道支护构件静力加载模型试验设计

尽管格宾石笼在边坡、护岸工程、路基加固等工程中已有了一定的应用,但鲜有研究提及格宾石笼在隧道支护中的应用。由于格宾石笼具有一定的承载力和良好的变形适应能力,在应对隧道围岩大变形和高地应力等方面具有一定应用前景,因此,对基于格宾石笼的隧道支护构件静力加载模型进行试验设计具有一定的实际意义。为了方便学生更好地了解格宾石笼作为隧道支护结构的力学作用机理,设计了一种简化的格宾石笼构件成形方法和与之配套的试验加载装置,并提出了基于离散元计算的格宾石笼隧道局部构件数值建模方法,进而对比和揭示了组成格宾石笼构件的两大主要参数(格宾网抗拉强度和填石有效模量)对格宾石笼建构的隧道支护构件静力力学特性差异的影响规律。通过该试验,为学生演示了基于格宾石笼建构的隧道支护局部构件的设计、拼装、试验加载以及数据采集的全过程,旨在为学生深入学习和掌握格宾石笼建构的隧道支护局部构件的试验静力力学行为及其建模方法提供一种新思路。

配筋空心方钢管高强混凝土纯弯构件受力性能有限元分析

目的 研究配筋空心钢管高强混凝土构件的抗弯性能,推动其在建筑结构中的应用。方法 采用有限元分析软件ABAQUS建立配筋空心钢管混凝土构件有限元模型,在验证模型准确的基础上,分析构件的受力全过程及钢材屈服强度、混凝土抗压强度、钢管壁厚、钢筋直径、普通钢筋数量对构件受弯性能的影响。结果 纯弯试件在荷载作用下受力过程可分为3个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段;试件破坏形态均为受弯破坏,表现出较好地延性。结论 组合构件在弯矩作用下可以很好地协同工作;钢材屈服强度和钢管壁厚的增加对构件承载力的提高影响最显著,建议配置普通钢筋数量在6~8根为最优。

南京小西湖街区微更新中结构改造的“构件——体系”方法

结构与空间的关系处理是既有建筑改造的关键问题。本文基于小西湖街区4个建筑改造工程项目的观察,归纳了“微更新”背景下既有建筑改造的多元设计目标、空间设计策略、结构改造策略,建构了结构与空间协同的改造设计方法体系,揭示了结构改造的“构件—体系”策略与空间改造的“形态—性能”策略的协同机制,为建筑改造设计提供了理论基础和实证参考。

防冲击地压薄壁吸能构件的压溃吸能机理分析

当煤矿井下发生冲击地压时,矿用液压支架的冲击性失效,常常会引起巷道支护系统的破坏,进而引发巷道坍塌,造成矿难。当前通过添加吸能构件来提高支架的防冲击性能是防治巷道冲击地压的有效途径之一。而不同类型吸能构件的压溃变形模式不同,表现出的吸能特性和力学特性也不同。本文采用数值方法对不同类型、支座和壁厚的吸能构件进行了冲击压溃模拟,通过对各相关防冲吸能参数的对比分析可知:预折纹吸能构件支撑反力最大、具有良好的吸能能力,但变形过程稳定性较差;外翻式吸能构件的塑性变形能力强,有效让位行程最大,但支撑力较小,不适合单独使用;扩径式吸能构件变形过程稳定性最好,其塑性变形后的径向位移较小,节省工作空间,但支撑能力较差,适用于小型液压支架或用作其他特殊用途。

随机地震下耗能构件关键参数对自复位桥墩地震响应的影响

自复位桥墩具有能够在震后快速恢复桥梁的使用功能。为了得到不同参数下耗能构件对于自复位桥墩地震响应指标的影响,取8度区的高速铁路双线简支箱梁桥作为研究对象,从Peer数据库中筛选出具有随机特征的40条地震波对有限元模型进行非线性时程分析,通过假设检验的统计学方法得到地震响应指标的分布规律和具有95%保证率的桥墩地震响应指标上界值。研究结果表明:在随机地震作用下,自复位桥墩各地震响应指标均服从正态分布;自复位桥墩在地震过程中具有较小的残余位移,随着耗能构件初始刚度和屈服力增加,墩顶最大位移逐渐减小,混凝土压应变和钢筋拉应变逐渐增大;在考虑地震随机性基础上,提出基于概率保证率的自复位桥梁耗能构件初始刚度和屈服力的合理取值范围,可为合理设置自复位桥墩耗能构件关键参数提供参考。