土木工程结构试验量测技术研究进展与现状

理论分析、试验研究和数值模拟是土木工程研究的三种基本手段,其中试验研究是第一性的.目前,结构试验在作用方式上,已从传统的静态、准静态试验逐步发展到拟动力、动力试验;在空间尺度上,也从常规尺度试验向微细观材性试验和足尺结构试验拓展,从而对试验的量测技术提出了更高的要求.由于受到测量原理和硬件设备的限制,传统量测技术已无法完全满足现代结构试验的量测需求,需要传统的结构试验量测技术结合各种新兴技术进行不断完善和创新.本文总结了传统结构试验量测技术的发展现状,评述其在现代结构试验中的适用情况,并介绍了数字图像相关技术和近景摄影测量技术等新兴结构试验量测手段.其中,数字图像相关技术广泛应用于材料力学行为的测试与分析,概述其在结构试验中的应用并重点分析影响其测量精度的相关因素;近景摄影测量技术属非接触测量范畴,动态采集频率高,测量范围广,在高频动态结构试验的位移和应变测量方面有巨大潜力.

土木工程专业课课堂教学中的“三结合”--以荷载与结构设计原则课程为例

针对工科类专业本科教学中的若干共性问题,结合钱学森现代科学技术体系观,在专业课教学中注重共性与具体、科学与常识、定性与定量“三结合”,即科学共性基础与具体问题相结合、科学原理与生产生活经验常识相结合、定性与定量相结合的基本理念,以土木工程专业荷载与结构设计原则课程教学为例进行了阐述。

Fe-SMA的材料特性及在土木工程中的应用进展

铁基形状记忆合金(Fe-SMA)拥有可靠的形状记忆效应及优异的抗低周疲劳性能,在土木工程领域具有较为广阔的应用前景。材料特性方面,重点介绍Fe-SMA形状记忆效应及应力作用下亚结构层面相变机理,在此基础上阐述单调及循环加载下Fe-SMA的力学性能;工程应用方面,对Fe-SMA的主要应用范围及相应关键技术进行总结,详细回顾Fe-SMA构件的构造形式、工作机理和力学性态,对不同技术实施方案的特点、优势和潜在不足进行评述。指出需进一步明确Fe-SMA阻尼构件的耗能破坏模式、变形相容条件和恢复力机制,建立损伤可控的Fe-SMA耗能元组件结构体系设计方法。

基于工程监测和数值模拟的混凝土竖向施工缝约束程度研究

对存在竖向施工缝的某厂房顶板和隧道叠合墙结构进行了温度、应变监测和数值模拟。结果表明:顶板和叠合墙在靠近竖向施工缝处的变形均受到显著约束,但其应变峰值和单位温度变形均比靠近水平施工缝处的大;在数值模拟时,将水平施工缝以下底部侧墙和底板的旧混凝土弹性模量均取为实测值,将竖向施工缝一侧的先浇顶板和地连墙的混凝土弹性模量分别取为实测值的25%和50%左右,可使应变计算值与监测值的误差较低;在混凝土抗裂性评估计算中,应考虑对竖向施工缝处旧混凝土的弹性模量进行适当折减。

喷射混凝土纳米降回弹掺合料在高速隧道工程中的应用

为解决喷射混凝土在湿喷作业过程中混凝土回弹率高的问题,以四川沿江高速某隧道为项目依托,在混凝土中掺入纳米降回弹掺合料,对其进行喷射降回弹的工程应用。结果显示,掺入纳米降回弹掺合料后混凝土和易性得到了改善,混凝土浆体量足、包裹性较好,提高喷射混凝土粘结性,有效改善了喷射效果,相较普通喷射混凝土,掺入掺合料后的喷射混凝土回弹率减小了12.41个百分点,结合SBT-N(Ⅱ)液体无碱速凝剂,回弹率减小了13.65个百分点,且有较好的经济效益。

抗裂混凝土技术在船闸工程中的应用

混凝土裂缝是影响船闸工程质量的关键。本文通过试验研究了掺抗裂剂的抗裂混凝土力学性能、变形性能、耐久性能等性能,并进行了抗裂混凝土在船闸工程中的工程应用。研究表明:抗裂剂能显著提升混凝土的抗裂性能和体积稳定性,且对长期力学性能和耐久性能无不利影响,抗裂混凝土应用于船闸工程中,实体结构未出现裂缝,抗裂效果良好,可为相关工程提供参考借鉴。

实验室信息管理系统现状综述

从实验室信息管理系统(LIMS)的概念出发,综述了国内外实验室信息管理系统发展的历程及其研究现状,对实验室信息管理系统的未来进行了展望。

普通硅酸盐P·O 42.5级水泥抗裂性控制指标研究及工程实践

以广泛使用的普通硅酸盐P·O 42.5级水泥为对象,针对部分工程监测出现的异常结果,反向收集了不同工程3年内的原材料及数据开展了室内试验研究与统计分析。结果表明,即便在控制P·O 42.5级水泥比表面积≤350 m2/kg、碱含量≤0.60%、C3A含量≤8%,且不同批次水泥的上述指标相对稳定的情况下,水泥3 d胶砂强度之差可达到12.5 MPa,相同工况条件下1.2 m厚侧墙温升值之差可达到17.1℃,水泥早期水化速率、放热量及早期胶砂强度随着C3S/C2S的增加而显著增大。因此,在控制水泥比表面积、碱含量、C3A含量的基础上,建议进一步控制水泥C3S/C2S不超过4.0,水泥3 d胶砂强度宜为25~28 MPa,不应超过30 MPa。

城市典型地下人防工程外爆性能评估研究进展

“平战结合”背景下城市地下人防工程抗爆防爆需求激增。对城市典型地下人防工程的分类、外爆作用机制和抗爆性能评估三个方面开展综述工作,探讨新时期“平战结合”背景下城市地下人防工程的分类,阐述了城市地下人防工程的外爆作用机制,汇总中外城市地下人防工程外爆性能评估的理论方法、模型试验及数值仿真的成果和不足,并进行展望。分析认为,性能评估的重点是复杂外爆打击环境下的精细化多尺度数值模拟及场地爆炸试验;未来可进一步探索包含隔振、新材料等技术的地下人防结构抗爆新技术,并建立典型地下人防工程抗标准化爆性评估方法,研究成果为推动城市地下人防工程抗爆防爆研究提供一定参考。

灌注式半柔性路面在电子导向胶轮系统工程中的应用研究

电子导向胶轮系统(智轨)是一种能缓解交通压力的交通新制式,因其重载、渠化、多轴的交通特点,导致路面典型车辙病害问题十分突出,严重限制了其在交通领域的应用和发展。基于株洲市电子导向胶轮系统工程,研究了半柔性路面技术运用于系统廊道路面结构的设计及施工方法。通过在路面层中埋设传感器跟踪观测了路面在电子导向胶轮系统车辆运行过程中的应力应变响应,并与普通公交车进行了对比分析。测试了路表弯沉值、平整度、抗滑性等关键指标并表征了其应用效果。传感器数据表明:相比于普通公交车,系统车辆增大了路面应变响应,加速了路面破坏;半柔性路面能显著降低路面弯沉。应用1 a后,电子导向胶轮系统路面未产生车辙病害,路面使用效果良好。电子导向胶轮系统路面修建中采用半柔性路面技术,有效解决了传统路面无法满足其行驶要求的难题,有利于该类重载渠化交通的推广和应用。

城市生态防减灾中人工智能技术应用的进展与逻辑框架

在全球气候变化影响下,传统工程防灾难以解决自然灾害风险的不确定性问题。生态防减灾(Eco-DRR)作为国际韧性城市的前沿理论,对我国韧性城市发展有重要参考价值,人工智能(AI)技术可以很好地解决城市生态防减灾的不确定性问题,然而当前Eco-DRR理论研究与AI技术的实践应用存在断层。该文使用PRISMA2020框架调查城市Eco-DRR中AI技术应用的实践案例,通过质性研究总结城市Eco-DRR中AI技术的应用场景,从生态系统灾害调节服务评估、自然灾害风险评估、Eco-DRR方案决策以及Eco-DRR实施监测与后评估4个阶段剖析城市Eco-DRR中AI技术应用的典型案例。最后基于案例研究提出城市Eco-DRR领域AI技术应用的逻辑框架,总结其在应用过程中工具选择和数据准备的实践经验,探讨城市防灾中Eco-DRR的智能实现途径,为我国城市综合防灾和韧性城市建设提供借鉴。

建筑基本周期多因素机器学习预测模型

建筑物基本周期是其最重要的动力特性参数,影响因素众多。受限于曲线拟合的传统建模手段,目前的基本周期预测模型表达式中仅能包含高度或层数等单一因素,而忽略其他因素的影响。数据驱动机器学习方法的出现,为建筑周期多因素预测模型的建立提供了新思路。研究从大量文献中收集整理了2561条建筑周期的实测数据,形成了包含建筑高度、层数、材料、功能、地区等多因素的建筑周期实测数据库。建立了具有自学习能力的建筑基本周期多因素机器学习预测模型,避免了一般机器学习模型中繁琐的参数调节过程,提升模型的鲁棒性和适用性。与传统模型结果的对比表明:所提预测模型的适用结构类型范围广、准确性更高,配合云端服务器可形成一种全新的、开放式自学习的建筑周期预测模式。

模块化防屈曲钢板墙抗震性能

考虑经济性和便利性,提出了模块化防屈曲钢板墙及其常用模数,然后基于已有的防屈曲钢板墙的简化计算模型,推导了在不同墙数量情况下,模块化防屈曲钢板墙充分发挥抗震性能时,周边梁的承载力和刚度需求,并提出了周边梁的设计方法.进而,对模块化防屈曲钢板墙和整体墙进行了对比验证试验及其有限元模拟分析.研究结果表明:模块化防屈曲钢板墙能够达到与整体钢板墙相同的抗震性能,且周边梁未发生明显转动和破坏,说明所提出的周边梁设计方法是合理的;在层间位移角为1/50时,防屈曲钢板墙上下周边梁均未进入塑性,且承载力和初始刚度等的有限元值与试验值误差小于6%,从而进一步验证了其抗震性能.

工字形钢梁-矩形钢管柱单向螺栓节点抗弯承载力理论计算方法

针对工字形纯钢梁和钢-混凝土组合梁分别与矩形钢管柱和矩形钢管混凝土柱采用单向螺栓(也称单边拧紧螺栓)连接形成的4种节点形式,对其在弯矩作用下的受力机理及破坏模式进行分析,讨论导致节点失效的因素。总结节点在弯矩作用下的9种失效模式,包括:单向螺栓拉断、端板受弯屈服、矩形钢管柱壁翼板受拉屈服、矩形钢管柱壁翼板受压屈服、矩形钢管柱壁腹板受压屈曲、混凝土楼板局部压溃、钢筋屈服、矩形钢管柱内混凝土局部压溃、矩形钢管柱壁腹板受压屈服,进而基于破坏模式给出节点各组件承载力的计算公式。对4种节点在不同破坏模式下的正弯矩承载力和负弯矩承载力进行分析,给出节点承载力计算公式。将节点抗弯承载力的理论计算结果与试验结果进行对比,验证理论计算方法的可靠性。

基于动态模态分解的Π形梁涡振流场特征分析

为探索Π形桥梁断面的涡振机理及气动措施的抑振原理,采用动态模态分解方法,结合计算流体动力学数值模拟,对某Π形桥的不同工况进行流场解耦和对比分析.结果表明,主梁下表面方腔内的不稳定涡是导致Π形梁涡激振动的重要因素,增设2道四分点下稳定板将空腔分割成3个较小的区域,可减少下缘分离涡的形成空间并降低空腔内涡的强度和尺度,从而有效抑制涡振.第2阶分解模态与结构振动同频,是引起涡激振动的主导模态;此模态能够直观揭示流场中主涡的形成和发展,简化流场分析的复杂性.第3、4分解阶模态与结构的涡振频率存在明显的倍频关系,能够精确捕获涡激力中的高频成分,有利于深入理解涡激振动的瞬时变化特性,制定更为精细的抑振措施.

考虑轴力与底板约束的埋入式钢柱脚刚度模型

为准确预测埋入式(特别是浅埋)钢柱脚节点的初始转动刚度,将柱脚的埋入段简化为地基梁,基于初参数法完善考虑轴力影响的Winkler地基上的Timoshenko梁理论,提出受锚栓和混凝土约束的柱脚底板转动刚度的计算方法,进而建立可以综合反映柱脚埋深、埋入段剪切变形、钢柱轴力、底板约束影响的埋入式钢柱脚转动刚度模型。基于已验证的有限元模型进行参数分析,研究埋深比、轴力和锚栓布置对柱脚转动刚度的影响。与有限元结果的对比表明,提出的刚度模型较过往文献中理论模型具有更高的精度和更好的适用性,尤其是对于埋深比为0.5~1.5的浅埋柱脚节点。理论与有限元结果表明:埋深比较小时,柱脚转动刚度随埋深比的增加快速增大,而埋深比增加到一定程度后,其对转动刚度几乎无影响;柱脚转动刚度随钢柱轴压力增加呈增大的趋势;对于浅埋柱脚节点,底板约束对其转动刚度的影响较大,而随着埋深的增大,其影响逐渐减小;底板转动约束对埋深比小于1.5的节点刚度具有显著影响,当埋深比增大至2.5,其影响可以忽略。

碳化及氯盐侵蚀条件下锌牺牲阳极对钢筋保护行为研究

采用水泥基材料包覆的金属锌作为牺牲阳极,通过混凝土模拟孔溶液模拟碳化及氯离子侵蚀环境,研究牺牲阳极材料对钢筋的保护作用。电化学测试结果表明,当Q235钢片和纯锌片形成电偶对时,Q235钢在质量分数为1.5%的氯化钠溶液中易发生锈蚀,而在溶液中添加适量的碱(LiOH)以及卤素碱金属化合物(LiBr)能够激发金属锌持续溶解,持续提供牺牲阳极保护,有效抑制钢片的腐蚀。结合XRD测试结果可知:LiOH可以维持锌的溶解,并且与锌片反应生成锌的氢氧化物;卤素碱金属化合物可以诱发金属锌的腐蚀。相比于卤素碱金属化合物,加入高浓度LiOH对钢筋的阻锈效果更好。本研究有助于完善牺牲阳极材料的激发技术,提升牺牲阳极技术对钢筋的保护作用。

钢绞线热铸锚节点高温下抗拉性能试验研究

针对锌铜合金熔点较低(约460℃±10℃)、高温下热铸锚节点容易失效的问题,对预应力钢绞线热铸锚节点进行了高温抗拉性能试验,获得了高温下试件的破坏模式和抗拉承载力,提出了钢绞线热铸锚节点在高温下极限抗拉承载力计算公式,以及在各荷载比下的临界温度,可用于钢绞线热铸锚节点的抗火承载力验算与防火保护层厚度设计.试验研究表明,温度低于200℃时,破坏模式为钢绞线断裂;温度高于200℃时,破坏模式通常为钢绞线滑脱.温度为150~440℃时,钢绞线热铸锚节点的极限抗拉承载力随温度升高而降低,287℃、340℃、392℃和425℃时的极限承载力分别为常温时的77.3%、39%、35.2%和10.5%.

江阴靖江长江隧道大体积混凝土抗裂技术研究

江阴靖江长江隧道是国内在建最大直径盾构隧道,其明挖段主体结构混凝土最大厚度达2.2 m,面临着较大的开裂与渗漏风险。在水化与膨胀历程双重调控技术的基础上,进一步研究了高吸水树脂(SAP)的湿度历程调控对混凝土抗裂性能的影响。室内试验结果表明,SAP可显著提高自生体积膨胀变形并优化变形历程,且基本不影响胶凝材料水化放热历程;工程现场试验结果表明,在湿度、水化、膨胀历程多重调控作用下,混凝土温升值降低了4.5℃,温升阶段单位膨胀变形增大206.7%,温降阶段单位收缩变形减小27.5%,为解决裂缝控制难度较大结构的收缩开裂难题提供了材料技术方案。

地震作用下车辆-公路桥梁耦合作用的能量机理

由于地震作用下车辆和公路桥梁相互耦合作用的复杂性,目前对其相互作用机理的研究较少,导致各国现行公路桥梁抗震设计规范关于桥梁在地震作用时是否需要考虑活载作用仍然存在分歧.现有研究表明,车辆既可能对桥梁的地震响应产生有利影响,也可能产生不利的影响.本文在已有的研究基础上,对车桥耦合接触行为进行简化模拟,采用能量法对车辆-公路桥梁耦合作用机理进行分析.结果表明:车桥耦合作用对输入到桥梁水平方向能量的影响可以忽略不计,但会导致输入到桥梁竖向总能量的减小,因而使桥梁的竖向地震响应减小,而输入到车辆竖向的能量则主要来自桥面振动;此外,车辆质量越小,桥梁振动产生的对车辆水平方向的能量输入越大.