中外土木工程防灾专业工程结构抗火课程比较研究

灾害防治是土木工程专业必须考虑的重要课题,对保护人身、财产安全起关键作用。火灾是发生频率最高、造成损失最严重的灾害之一,因此工程结构抗火不可忽视。文章主要分析了工程结构抗火课程的发展情况,以同济大学、重庆大学、武汉大学、东南大学、香港理工大学、伊利诺伊大学香槟分校等高校为例,在课程设置、课程要求和课程内容等方面对其进行讨论和研究,发现高校对教学重视程度的不同极大影响课程教学内容的选择和最终的教学效果。根据比较研究的结果,提出适合中国国情的教学改革方案。

土木工程专业英语课程改革探究

随着“一带一路”倡议的深入实施,建筑业的国际竞争日趋激烈,土木工程专业的国际化发展对中国土木工程人才培养提出了新的要求。为加强在国际市场的竞争力,土木工程专业英语已成为中国土木人才培养的必然趋势和有效选择。通过重新审视当前土木工程专业英语教学体系,深入研究现存的教学问题,从教学模式改革和师资队伍建设等方面具体阐述了土木工程专业英语课程改革的实践策略,提出增加课程学时配比、提高重视度,丰富教学内容、优化教学设计,加强课程资源和师资建设,形成持续改进的考核机制等建议。

面向工程教育的土木工程专业有限元课程探索

有限元作为一种成熟且有效的数值模拟,在工程领域有着广泛的应用。但是目前在有限元的教学过程中存在一定的问题,使得学生在学习的过程中往往找不到一条主线,学习效果不好。因此文章针对有限元教学提出以有限元中的单元为主线的讲课思路,理论讲述为主、课后作业、课堂案例展示多重方法进行教学,通过课程评价、出勤率、考试成绩等多种方式证明了本教学方式在有限元课程教授过程中的有效性。

附加不同形式调谐质量惯容系统的高耸烟囱轻量化减震控制

附加调谐质量阻尼器是烟囱结构的一种传统减震控制方法,然而其通常需要较大的附加质量及额外的安装空间,这为施工安装带来不便。本文提出附加调谐质量惯容系统(TMIS)控制高耸烟囱的地震响应,以利用惯容元件的表观质量效果实现轻量化减震目标。同时,考虑烟囱高阶模态对其地震响应不容忽视的影响,提出沿烟囱高度布置的分布式TMIS以实现多模态控制效果。建立了基于两种不同惯容子系统的TMIS力学模型及相应的附加分布式TMIS烟囱运动方程。以金井清谱为随机地震激励输入,并基于改进的定点理论提出了分布式TMIS的部分设计参数简化假设,提出了基于需求的分布式TMIS烟囱结构多模态优化设计方法。通过实例验证了所建议设计方法的有效性,并对比检验了分布式TMIS的轻量化及多模态控制效果,通过参数分析检验了所采用的改进定点理论简化的合理性。结果表明:所建议的设计方法可以按照预定目标发挥两种分布式TMIS的减震性能,两种分布式TMIS均显示了明显的轻量化减震效果。

基于工程教育专业认证理念的建设工程法规课程教学改革

建设工程法规课程是面向土木工程专业本科生开设的通识类课程,旨在使学生了解和掌握土木工程领域现行的法律法规知识,培养学生运用相关知识解决工程问题的能力。2016年我国加入《华盛顿协议》,对工程人才的培养提出了更高要求。根据工程教育专业认证的要求,按照“以学生为中心”“成果导向”和“持续改进”的核心理念进行建设工程法规课程建设,在重视学生对理论知识掌握的同时,关注学生能力的培养和人格的形成,引导学生成为适应社会需求的高素质复合型人才。

悬吊式换流阀塔设备一种滑动摩擦型减震系统的性能研究

换流阀是特高压直流输电系统中的关键设备,一般采用悬吊式安装,地震作用下极易产生大幅摆动,进而引发结构破坏、设备电气功能失效。提出一种利用设备悬吊点轨道滑动摩擦阻尼实现系统减震的新方法,根据系统特征将其简化为二自由度动力系统,通过能量原理建立力学简化系统的运动方程,给出了运动方程解析解的推导。分析了系统在谐激励下幅频响应曲线的特征,讨论了系统各参数对响应幅值的影响规律以及实现系统减震的参数取值范围。结果表明:通过调整滑块质量以及滑动轨道的形状可以显著降低悬吊式换流阀设备的水平地震响应。

某超高层建筑混凝土梁开裂原因分析与处理

现浇钢筋混凝土结构在我国的超高层建筑中大量应用。混凝土开裂是目前许多现浇混凝土结构中较易发生的质量问题。混凝土开裂不仅影响美观,也易引起内部钢筋锈蚀,降低结构的耐久性,甚至会影响结构安全。本文基于某新建超高层建筑中混凝土梁普遍开裂的实例,通过现场调查、检测,以及对设计和施工资料的分析,分析混凝土梁的开裂原因,并结合现场实际情况提出相应的处理意见,以期对类似的工程质量问题的检测、鉴定和处理提供参考。

吊顶系统抗震研究进展

在近些年的建筑物震害中,吊顶是破坏比较突出的一类非结构构件。首先,介绍了我国公共建筑中常见的矿棉板吊顶的基本构成,总结了矿棉板吊顶常见的破坏模式,并分析其破坏原因。其次,从试验研究、数值模拟和易损性3方面系统分析和总结了国内外关于吊顶的抗震研究进展。在试验研究方面,总结了静力试验和振动台试验两类试验的研究进展,并简要总结了振动台试验常用的加载制度。在数值模拟和易损性分析方面,从吊顶部件和吊顶整体两方面系统总结了吊顶的研究现状,指出了现有研究中存在的主要不足。最后,提出了未来在吊顶抗震研究领域可进一步开展的工作。

采用拉索连接惯容系统的在运断路器减震改造

在发生地震灾害时,变电站中电瓷型电气设备如断路器、互感器等易发生破坏。为保证电气设备在地震荷载作用下能够安全正常工作,以某110 kV断路器为研究对象,对其进行原位动力特性测试和有限元建模,采用拉索连接的电涡流阻尼惯容系统对在运的断路器进行减震改造设计并进行了工程应用,对设备减震改造前后的模态响应和地震响应进行了计算和分析。结果表明:在地面峰值加速度为0.4g的地震荷载作用下,使用惯容系统对断路器进行改造,可以使套管根部应力减小44%,位移峰值减小47%,实现约40%的减震效率。应用惯容系统是提高断路器结构抗震性能的有效措施。

土砖木混杂结构南洋传统民居可靠性鉴定的难点与对策

房屋可靠性鉴定是传统民居保护的重要环节。对具有南洋传统特色的土墙-砖柱-木楼屋盖的混杂结构民居可靠性鉴定进行系统性的梳理与研究,分析该类结构民居的建筑、结构特点和检测要点,总结检测鉴定工作的特点、难点,针对难点提出相应对策,并以174幢该类型特点房屋的可靠性鉴定为例,对上述提出的建议和对策进行说明,为土-砖-木混杂结构房屋的可靠性鉴定提供基础资料和参考借鉴,以期在保证房屋结构安全的前提下,尽可能保存房屋的使用价值、减少加固干预。

带非对称阻尼器的柔性支撑框架主余震作用分析

研究主余震耦合作用下具有非对称弹塑性特征的非对称摩擦阻尼器(asymmetrical friction damper, AFD)对柔性支撑框架结构的减震作用。传统扁钢柔性支撑(tension-only brace, TOB)存在松弛问题导致柔性支撑结构在主余震耦合作用下性能严重退化。研究表明:AFD适用于柔性支撑结构,具有非对称弹塑性特征,静摩擦阶段发挥非线性“自拉紧”效应,提供较大的恢复力;在滑动摩擦阶段提供稳定的附加阻尼。该研究对静摩擦阶段和滑动摩擦阶段分别给出了简化模型,对滑动摩擦阶段给出附加阻尼比计算方法,提出了基于AFD的拉紧保护模式和阻尼耗能模式。对比分析柔性支撑框架结构TOB方案和2种AFD方案的主震和主余震耦合弹塑性时程反应,TOB方案在中震主余震及大震主震下屈服,而在大震主余震分析下松弛导致结构破坏,证实柔性支撑结构在主余震耦合作用下存在较大风险;而2种AFD方案可有效保护结构,拉紧保护模式为结构提供更高的减震上限,阻尼耗能模式同样有效防止TOB过度松弛,在主余震作用下提升结构减震性能。

基于视觉和振动监测数据融合的结构动态位移识别及其试验验证

结构变形的动态测量与精准识别对于结构健康监测和性态评估具有重要意义。传统接触式位移监测需要在结构上布置传感器并设置相对独立稳定的位移参考系,考虑真实结构的复杂性,接触式测量和稳定参考系的做法限制了结构位移动力监测的工程应用。基于计算机视觉的结构位移监测方法具有非接触式测量、设备安装简单、成本相对低廉等优点,但现有的识别与追踪方法受限于光照条件、图像分辨率、拍摄帧率等因素,一定程度上限制了视觉方法的工程应用。针对加速度传感器在结构监测领域的广泛应用及其动态采样率高的优势,该文提出在数据层面融合“接触式加速度监测、非接触式位移识别”的概念,构建了结构关键位移响应的精准估计方法。通过一个1/2比例钢筋混凝土框架结构振动台试验,对提出的结构位移估计方法进行了动力试验验证。研究结果表明:对比单一视觉识别方法,该数据融合方法有效提高位移采样率,同时获得更丰富的结构宽频带振动响应与模态特征信息。

应急功能模块组合模式与评估分析

基于快速模块化建造应用实践,研究探索应急功能模块类型及其组合模式;开展以功能目标为导向的应急功能模块选择、生产及运维的全过程功能演化分析;对突发公共事件下的功能模块目标达成度与功能余量提出了评估分析方法,并给出了案例验证其可行性。

铅芯橡胶支座力学性能环境温度相关性研究

铅芯橡胶支座被广泛应用于建筑、桥梁、储液罐及核设备的隔震中。相关研究表明,环境温度对铅芯橡胶支座的力学性能影响较大,但目前仍缺乏基于铅芯橡胶支座组成材料热-力本构特征以及不同特征参数的支座力学性能随温度变化规律的研究。本文从材料层面出发,基于支座组成材料热-力本构特征,建立了铅芯橡胶支座的热力耦合有限元模型,并通过试验验证了支座有限元模型的准确性。通过参数分析,研究了支座关键力学性能指标随环境温度的变化规律。本文提出的热-力本构模型可以为铅芯橡胶支座的隔震设计提供参考。

吊顶龙骨节点和拼接点轴向受力性能试验研究

吊顶是震害突出的一类非结构构件,吊顶龙骨节点和拼接点失效是吊顶破坏的主要原因之一。该文对吊顶主龙骨拼接点、主次龙骨节点和边节点开展了轴向单调加载和低周往复加载试验,考察了各类节点和拼接点的破坏模式、承载力、变形能力和滞回性能,并基于试验数据建立了节点和拼接点的易损性曲线。研究结果表明,主龙骨拼接点的破坏模式为拼接点拉出破坏,主次龙骨节点的破坏模式为节点压屈破坏,边节点的破坏模式为节点拉出破坏。边节点的形式和端部龙骨的类型对边节点的破坏模式和承载能力影响小,宜采用螺钉将抗震夹与吊顶边界固定以提高边节点的抗震能力。

改善砌体填充墙抗震性能的研究进展

近年来发生的多次地震中,框架结构中的填充墙遭受了较为严重的破坏,填充墙的抗震性能得到了广泛关注。填充墙对主体结构的抗震性能有较大影响,其破坏会造成人员伤亡与财产损失。本文分析了框架结构中砌体填充墙的受力机理和破坏模式,以及对框架结构抗震性能的影响。归纳了目前砌体填充墙的两种设计思路。介绍了国内外提高砌体填充墙抗震性能的6种主要方法,分析了各种方法的优缺点。

典型铁路梁桥抗震设计地震动破坏势排序

输入地震动的选取是桥梁抗震分析中的重要环节,不同的输入地震动引起的桥梁结构反应有显著差异。为了对铁路桥梁抗震设计地震动的选择提供定量依据,将“最不利设计地震动”的概念拓展并应用到桥梁抗震领域,研究典型铁路梁桥在不同地震动作用下的结构响应,得到基于结构相应参数的输入地震动破坏能力排序。首先确定了桥梁地震动输入以及评价指标,使用OpenSees对桥墩模型输入大量地震动记录进行有限元分析,通过调幅手段研究幅值与单一参数的关系,并引入颜色映射理论研究幅值与多参数的关系。研究表明:(1)当较低幅值地震动作用在结构上时,结构的地震响应与第一周期反应谱值相关性最好;(2)随着幅值的增加,结构周期增长,地震响应与更长周期反应谱值以及速度、位移参数、持时参数等的相关性会逐步提高;(3)通过动力时程计算并对墩顶位移进行比较,给出了模型在设定地震作用下的排序,结果可为相关桥梁结构的输入地震动选取提供参考。

竖向收进钢筋混凝土框架-剪力墙结构抗震性能研究

框架-剪力墙结构在高层建筑中有较广泛的应用。为满足各种使用和外观要求,实际工程中经常会出现竖向收进的结构。本文采用数值模拟的方法对竖向收进的钢筋混凝土框架-剪力墙结构的抗震性能进行了研究。根据现行规范的要求设计了1个20层无收进的竖向规则框架-剪力墙结构(基准结构)和15个竖向收进框架-剪力墙结构。15个竖向收进结构按水平收进尺寸比例、竖向收进高度、收进方式分为3组。利用通用结构分析软件PERFORM-3D建立了这些结构的非线性数值计算模型,对结构进行了三个水准7组地震波输入下的动力时程分析。分析了竖向收进造成结构层间位移角突变以及结构构件的损伤情况,研究了水平收进比例、竖向收进高度、收进方式对竖向收进结构抗震性能的影响规律。

内压荷载下安全壳承载力分析简化方法及程序开发

内压荷载下安全壳的承载能力是评估安全壳安全性和可靠性至关重要的指标。本研究从理论上建立了简化的核安全壳力学计算模型,考虑材料的弹塑性以及各组分材料的协同变形,推导了内压荷载下安全壳轴向、环向应变响应的计算公式,方便进行应力计算及破坏判定等。本研究给出了详细的计算流程,并基于Python语言开发了核安全壳力学计算实用软件NCMC。此外,通过现有研究成果对该程序的准确性和合理性进行了验证,结果表明:该程序的计算结果与文献结果吻合良好,进一步验证了程序的可靠性。

钢-聚乙烯醇混杂纤维混凝土单轴受力应力-应变曲线研究

既有研究表明,在混凝土基体中同时加入钢(S)纤维和聚乙烯醇(PVA)纤维,形成S-PVA混杂纤维混凝土,可以显著提升混凝土的综合性能。在此基础上,依据钢纤维、PVA纤维长度和掺量的不同,设计了17组试验组,完成了单轴受力全过程试验。根据试验结果,定量分析了钢纤维、PVA纤维对于改善混凝土弹性模量、材料韧性、抗拉抗压强度及其峰值应变的影响;提出了实用的S-PVA混杂纤维混凝土单轴受拉和受压应力-应变曲线数学表达式。提出的计算公式与试验结果吻合较好,可以为混杂纤维混凝土结构的设计和非线性分析提供理论基础。