土木工程虚拟实验中心的建设与思考

结合北京工业大学土木工程虚拟实验中心建设和申报国家级虚拟仿真实验中心的若干经验和主要成果,分析了虚拟实验平台网络化、三维化、沉浸式、交互式和与有限元软件相结合的技术特点,指出了虚拟实验技术与远程试验、混合试验相结合的发展方向,相关研究工作可供相关院校的虚拟实验中心建设和虚拟实验技术开发所参考借鉴。

明清古建筑木结构典型抗震构造问题研究

为保护古建筑,采用分类统计方法,研究了我国明清古建筑木结构的典型抗震构造问题。基于大量工程现场勘查结果,对古建筑木结构的典型抗震构造问题进行了归纳汇总,分析了原因,提出了加固建议;基于典型算例,对古建筑木结构加固方法进行了深入论证。结果表明:我国古建筑木结构的柱子、斗棋、榫卯节点、梁架、屋顶等各部位都容易产生开裂、糟朽、变形、拔榫等抗震构造问题并影响结构的抗震性能,而这些问题的产生原因主要与木结构的构造特征、木材材料性质及施工保养等因素有关;对这些抗震构造问题及时采取合理有效的加固措施,可减轻或避免结构产生的震害。

构建基于工程素质培养的《混凝土结构原理》课程电算教学体系

计算机应用能力已成为土木工程技术人员必须具备的基本素质;熟练使用土木工程常用设计软件则是土木工程专业学生应具备的基本能力。分析《混凝土结构原理》教学过程中存在的主要问题,从课堂教学、实践教学和氛围教学的教育教学全过程中,积极推行理论教学与工程实践相衔接的教学改革,构建以"基本理论为基础,概念设计为理念,工程实践为导向"的《混凝土结构原理》课程电算教学体系,以提高混凝土结构原理系列课程的教学质量、激发学生自主学习的兴趣,以及培养学生具备基本的工程素质和创新能力。

古建筑木结构抗震构造评估研究

为保护古建筑,采用归纳及分析方法,对中国古建筑木结构的抗震构造评估进行了探讨。基于《古建筑木结构维护与加固技术规范》相关规定,对古建筑木结构抗震构造的评估内容进行了论述;基于古建筑抗震构造评估现状,对现有的评估方法进行了归纳和汇总;基于2个典型实例,对古建筑木结构抗震构造评估内容和方法提出了相关建议。结果表明:中国古建筑木结构抗震构造评估主要包括柱子、斗拱、榫卯、梁架、屋顶、墙体及构架整体性等内容,评估方法有目测法、尺量法、无损检测法、三维激光扫描法、有限元法、试验法等;为实现古建筑抗震构造全面有效的评估,评估内容应不断完善,评估方法应综合运用,智能评价技术也应鼓励推广。

地铁工程中杂散电流对结构的腐蚀性研究

我国地铁建设飞速发展,地铁结构的耐久性问题日益突出。在原有研究的基础上提出了新的研究思路,考虑地铁结构实际环境,提出了荷载作用下地铁结构的耐久性研究。

面向均匀损伤的RC框架结构抗震优化设计方法

RC框架结构在地震作用下多出现局部楼层损伤明显或抗力不足问题,通过对抗侧力构件性能的合理优化可实现各楼层损伤程度相近的设计效果,消除薄弱层,达到更为理想的均匀损伤分布模式。提出RC框架结构的均匀损伤设计方法,以各楼层损伤指数相等或相近为优化目标,各层框架柱配筋率为优化变量,通过智能算法与有限元平台协同计算技术,实现RC框架结构均匀损伤优化设计,并采用弹塑性时程分析和IDA方法对优化效果进行验证分析。结果表明,通过智能算法优化框架柱配筋方案可以有效调控结构各层损伤程度,不同地震波作用下结构最优配筋率分布是不完全相同的,并且框架柱的最优配筋率分布也未呈现明显的统计规律,但将不同地震波下优化结果的均值作为框架柱配筋方案可以提高结构抗震能力,该优化方法合理有效。

古建筑榫卯节点抗震性能试验

为保护古建筑,采用低周反复加载试验方法,基于故宫太和殿某开间梁柱尺寸,制作了1∶8的缩尺比例的4梁4柱模型,考虑榫卯节点形式为燕尾榫,进行了低周反复加载试验,研究了古建筑榫卯节点的抗震性能。通过试验,获得了榫卯节点的M-θ滞回曲线,分析了节点的骨架曲线、耗能能力、刚度退化及延性性能,归纳了节点恢复力拟合曲线计算公式。结果表明,古建筑榫卯节点的M-θ滞回曲线以Z形为主,具有明显的捏拢特性;随着节点转角增大,其骨架曲线趋于平缓,体现了良好延性;节点承载力较小,耗能能力及刚度随着转角增大而降低。

颗粒阻尼技术及其在土木工程中的应用展望

介绍了国内外颗粒阻尼发展现状,比较了非阻塞性颗粒阻尼、柔性颗粒阻尼、带活塞振动颗粒阻尼的异同,按照颗粒阻尼的类型,系统地阐述了颗粒阻尼内部作用机理、常用计算模型、耗能影响因素等问题,指出其在应用中的诸多优点,及优于粘滞与机械阻尼的性能,验证了颗粒阻尼良好的工程应用前景与发展潜力。同时指出了现今理论模型、实际运用及设计中存在的一些问题与不足,对颗粒阻尼的研究与发展方向提出了建议。

钢构件加固古建筑榫卯节点抗震试验

为探讨古建筑榫卯节点的有效抗震加固方法,提出了一种钢构件加固方法.基于故宫太和殿某开间结构原型,制作了1∶8缩尺比例的木结构空间框架模型,考虑梁柱连接为燕尾榫形式,进行了低周反复加载试验,其中未加固构架试验进行了3组,加固试验进行了2组.基于试验相关数据,获得了节点的弯矩-转角滞回曲线和骨架曲线,对比分析了节点加固前后的耗能能力,刚度退化和延性等抗震指标.结果表明:钢构件加固榫卯节点后,节点拔榫量减小,抗弯承载力提高,刚度退化不明显,加固后的节点仍有较好的耗能能力和延性.因此钢构件具有良好的加固效果.

古建筑木结构加固方法研究

中国古建筑以木结构为主,具有悠久的历史和文化价值,保护意义重大。本文作者根据木结构古建筑特点,讨论了木结构的不同破坏症状,如开裂、糟朽、挠度及拔榫等。在此基础上,主要讨论了木构件的各种加固方法,如采用墩接法加固柱根,采用嵌补法加固开裂构件,采用铁件加固法加固榫卯节点或裂缝较大构件,采用支顶加固法改善木梁弯曲受力状况,采用化学加固法对结构进行防腐加固,采用FRP法加固梁、柱及榫卯节点等。最后,结合工程实际,对几种常用的加固方法进行数值模拟分析,获得了加固前后的结构内力及变形数据,得出了对于不同的破坏类型,采取适当的加固方法均可有效提高木结构受力性能的结论。随着科技发展,更经济、有效的加固方法将用于古建筑木结构保护中。

结构虚拟实验教学系统的开发与应用

"结构检测技术"是土木工程专业一门重要专业技术课程,实验项目较复杂,实验费用开支较多,实验安排难度较大。提出一种基于3D环境的结构虚拟实验教学平台,针对混凝土简支梁静力试验开发了一套仿真实验系统,在试用过程中,受到了学生普遍的欢迎。此外,简要介绍了虚拟实验技术发展背景和应用前景,分析了结构虚拟实验教学软件的重要作用和开发要点,对于构建虚拟实验平台所涉及的关键技术进行了探讨,对于结构虚拟实验教学系统的进一步开发计划进行了简要介绍。

装配式混凝土框架结构及其抗震性能研究

通过分析总结国内外装配式混凝土框架结构及抗震性能研究成果,得出了“干”连接的装配式混凝土结构具有良好的抗震性能,并可用于抗震设防区的结论,对干连接装配式框架结构的分析和研究方法提出建议。

3种材料加固古建筑木构架榫卯节点的抗震性能

采用扒钉、CFRP布(碳纤维增强塑料布)和钢箍3种材料加固古建筑木构架榫卯节点.通过人工加载方式,进行低周反复加载试验,分析3种材料加固后榫卯节点M-θ(弯矩-转角)滞回曲线、M-θ均值骨架曲线、耗能能力、刚度退化和延性的变化,对比了3种材料加固榫卯节点的抗震效果,并对3种材料在木构架加固工程中的应用提出建议.结果表明:榫卯节点加固前后均有良好的变形能力;CFRP布加固节点承载力>钢箍加固节点承载力>扒钉加固节点承载力;CFRP布加固节点耗能能力>钢箍加固节点耗能能力>扒钉加固节点耗能能力;CFRP布加固节点刚度退化>扒钉加固节点刚度退化>钢箍加固节点刚度退化;CFRP布加固节点延性>扒钉加固节点延性>钢箍加固节点延性.建议扒钉用于小型木构架加固;CFRP布用于中小型木构架加固;钢箍用于中大型木构架加固.

建筑结构地震火灾效应分析方法

为在建筑结构设计时考虑地震引发火灾对建筑结构的作用和影响,提出建筑结构地震火灾效应分析计算方法,此方法结合结构地震反应分析与火灾热力反应分析,通过简化的建筑结构地震损伤模型,考虑地震损伤的同时,连接结构的热传导分析与热力分析,从而实现地震火灾效应计算。运用此方法对一单层和一多层混凝土框架分别进行了分析,并与没有考虑地震损伤时框架的高温试验结果进行了对比,分析结果表明,考虑地震作用后的结构在火灾下的破坏形态可发生改变,结构耐火极限随着地震作用的增加而降低。

马口铁加固古建筑榫卯节点抗震试验

为保护古建筑,采用试验方法,研究了马口铁加固古建筑榫卯节点后对节点抗震性能的影响。基于故宫太和殿三次间结构原型,制作了1:8缩尺比例的木结构空间框架模型,并考虑梁柱连接为燕尾榫形式,进行了低周反复加载试验,其中未加固构架和马口铁加固构架试验各做了3组。基于试验相关数据,获得了节点的弯矩-转角滞回曲线和骨架曲线,并对比分析了节点加固前后的耗能能力,刚度退化和延性等抗震指标。结果表明:马口铁加固榫卯节点后,虽然节点耗能能力略有下降,但节点拔榫量减小,抗弯承载力提高,刚度退化不明显,且节点仍具有较好的变形能力。因此,马口铁具有较好的加固效果。

火电厂钢框排架-支撑结构抗震性能试验研究

为研究我国高烈度大容量机组火力发电厂钢框排架-支撑结构的抗震性能,以某典型火电厂主厂房为实例,选取横向某榀结构为研究单元,设计1∶10比例模型,进行了有侧限低周往复加载试验。根据试验现象和所获滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、位移延性和等效黏滞阻尼系数等综合评价结构的抗震性能。研究结果表明:钢框排架-支撑模型结构的荷载-位移曲线饱满,结构延性和耗能能力较好,具有良好的抗震能力;结构底部支撑为最初破坏部位,塑性铰发展顺序为先梁端后柱端,最终框架柱呈压弯变形,排架柱呈弯扭变形;框架平面内加载下结构正向最大承载力比反向偏大11.3%,存在不对称性;结构第2层层间位移角达到1/22,为薄弱层所在,设计中应予以加强。钢支撑受压屈曲是局部出现平面外变形、节点连接处变形和残余变形等问题的重要原因。

建筑结构的分布式阻尼减震方法

提出一种新的阻尼减震方法:在建筑结构的主要构件中配置低屈服点钢材,如在钢筋混凝土梁柱中埋置低屈服点钢筋,或在型钢梁柱的翼缘上焊接低屈服点钢板,这些钢材将在构件发生预期变形时屈服耗能.由于这些低屈服点钢材可分布于所有构件之中,所以称之为“分布式”.对设置阻尼钢板的型钢柱的滞回性能进行分析,结果表明阻尼钢板可有效提高构件的等效阻尼比;然后,通过一个设置分布阻尼的剪切型结构的非线性地震响应算例,初步验证了该方法的可行性.与目前常见的各种阻尼器相比,分布式阻尼减震方法不占用建筑物使用空间,施工简单,服役期间无需特殊的检查与维修,是一种更适合在建筑工程中广泛推广的减震技术.

马口铁加固古建筑抗震试验

采用试验方法,研究了马口铁加固古建筑榫卯节点后木构架的抗震性能.基于故宫太和殿三次间的相关尺寸,制作了1∶8的4梁4柱榫卯连接木结构空间框架模型,采用人工加载方式,进行了低周反复加载试验,获得了加固前后构架的力-侧移滞回曲线和骨架曲线,分析了加固前后的构架耗能能力、刚度退化规律及变形能力.结果表明,马口铁加固榫卯节点后,马口铁对榫卯节点的约束作用在一定程度上减小了节点拔榫量,提高了构架的侧移刚度及承载力;加固后的构架刚度退化不明显,变形能力较强,但是耗能能力减弱.

基于SIR模型的工程材料统一单轴本构关系研究

工程材料的单轴应力-应变全曲线反映了材料最基本的本构关系,但目前对适用于多种材料的统一本构关系研究尚不够深入。本文基于传染病传播动力学SIR模型,建立了反映材料单元动态变化的应力-应变模型。根据同伦分析方法提出了模型的解析解和近似解,并讨论了模型反映材料尺寸效应和应变率的能力。结果表明,本文提出的单轴应力-应变模型中的参数可以与实际材料的力学特性相对应,模型解能够统一、全面、准确地反映多种材料力学性能的变化规律以及尺寸效应和应变率等因素的影响。

墙式组合型金属阻尼器的有限元分析与工程应用研究

提出一种新型的耗能稳定的墙式组合型金属阻尼器,能够提供充足的开放空间与开口需求,提高建筑结构抗震能力的同时增加了建筑物使用舒适度。文中利用通用有限元软件ANSYS研究了其在不同位移幅值下的力学性能,探讨了阻尼器初始刚度与铅块金属厚度的关系,并结合工程实例分析论述了该类型阻尼器的耗能减震效果。非线性时程分析结果表明,该阻尼器小震下可提供较大附加刚度和阻尼,有效减小结构的水平变形的同时改善了结构在地震作用下的内力,大震下滞回曲线饱满,耗能稳定,有效地保护了结构构件。