489米超高层建筑抗倒塌分析案例研究

超高层建筑的抗倒塌设计是其安全设计中的重要一环,保障超高层建筑的抗倒塌性能对于保护人民生命财产安全具有重要意义。现阶段系统考虑超高层建筑抗地震倒塌和抗连续倒塌研究的工程案例还比较有限。该文对一489 m超高层结构的抗地震倒塌能力、抗爆能力和关键竖向构件拆除后的抗连续倒塌能力进行了分析,结果表明:该超高层结构在所选取的8组地震动记录下的抗倒塌安全储备系数为3.59,抗地震倒塌性能良好;在爆炸距离为5 m的情况下箱包炸弹的TNT当量达到约3.2 t时可以造成结构倒塌,在爆炸距离为10 m的情况下,面包车炸弹的TNT当量达到约10.0 t时可以造成结构倒塌;在巨柱、塔冠钢柱、次级钢框架吊柱和承重柱等关键竖向构件中的一根构件被拆除后,结构备用传递路径能够发挥作用,整体结构抗连续倒塌性能良好;在拆除两根底部巨柱的情况下结构未发生倒塌,而在拆除三根底部巨柱的情况下,若拆除的巨柱不是建筑相邻角四根巨柱的三根,则结构依然可以不发生倒塌,反之则发生倒塌。该文分析方法和结果可以为类似超高层建筑的防倒塌设计提供参考和借鉴。

铁尾矿粉混凝土在荷载与硫酸盐干湿循环耦合作用下的性能劣化机理

铁尾矿粉作为矿物掺合料应用于混凝土有助于固废高值化利用和节能减排,而关于铁尾矿粉混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的研究,大多只考虑了单一条件或者加速条件环境,其在多种环境耦合下的劣化特征尚未得到探究.本文将铁尾矿粉作为矿物掺合料应用于混凝土中,以相对动弹性模量、质量损失率为性能指标,研究荷载-硫酸盐干湿循环耦合作用下铁尾矿粉混凝土劣化过程,探究铁尾矿粉掺量和荷载率对铁尾矿粉混凝土内部劣化的影响,结合扫描电镜(SEM)、X-ray衍射分析(XRD)、压汞(MIP)等微观手段揭示铁尾矿粉混凝土在耦合作用下损伤劣化机理.结果表明:适量铁尾矿粉的掺入有利于其与矿粉的协同水化作用,提高混凝土水化程度和基体密实度,减少硫酸根离子传输路径,提高混凝土抗硫酸盐侵蚀能力;荷载的施加使试块内部微裂纹宽度和数量增加,为硫酸根离子的进入提供更多渗透路径,加速铁尾矿粉混凝土损伤劣化过程;耦合作用使得铁尾矿粉混凝土内部损伤不断累积,在微观上表现为结构的疏松和裂缝的衍生扩展,在宏观上表现为力学性能的衰减和整体结构完整性的下降.

基于监测数据的钢桁梁桥温度变形研究

温度的周期变化会使大跨度桥梁产生显著的结构变形。利用某三跨连续钢桁梁桥的现场监测数据,该文研究了支座纵向位移、主梁跨中挠度与结构温度变化的相关关系,并分析了现场实测结果与有限元模拟结果的差异。研究表明:与环境温度相比,背景桥梁的结构温度在白天更高,夜晚更低,变化幅度约是环境温度的2倍。由于不受日照辐射影响,结构温度在夜间的分布比白天更为均匀。结构温度变化对背景桥梁的支座纵向位移有显著影响,而对主梁跨中挠度影响较小,且支座摩阻力使左右边墩支座表现出不同的运动模式。在短如一天的时间尺度上,支座位移与结构温度表现出滞回关系。这种非线性现象可能与支座处的摩阻力和时变非均匀温度变化有关。

基于“风险源+承灾体+减灾体”的城市安全表征“库-网-流-谱-法”理论框架

我国的城市安全面临自然灾害、事故灾难等多种重大挑战。针对城市安全现阶段的实际需求与重要难题,该研究引入“减灾体”和“减灾力”的概念,以风险源、承灾体和减灾体为三大基本要素,依托数字孪生、机器学习、知识图谱等新技术,建立了基于“风险源+承灾体+减灾体”的城市安全表征“库-网-流-谱-法”理论框架,并对该框架中每个环节涉及的研究内容与关键问题进行了详细阐述。所提出的理论有望更加合理地表征城市的管理能力在城市安全中的作用,助力实现城市安全性态的动态表征以及相关决策的智能学习与优化。

数字孪生在城市安全中的应用研究综述

近年来产生的数字孪生新概念、新技术为城市安全治理现代化的研究提供了重要技术手段,并产生了积极影响。随着城市安全事件频发,风险加剧,包括我国在内的全球重要经济体在国家战略政策层面积极推进数字孪生在城市安全规划、城市安全智慧治理、城市安全风险感知和监测预警等方面的应用。分析了国内外城市安全领域应用数字孪生技术的研究动态,讨论了其应用可能面临的认知不足、数据安全、资源匮乏等问题。基于此提出了数字孪生应用于城市安全在理论研究、统一标准、数据治理等方面可能的改进和发展方向。

硅铝型铁尾矿粉的无熟料固结性能及水化机理

为探究磨细铁尾矿粉在无熟料体系中的固结性能,以硅铝型铁尾矿为主体材料,掺配钙、硫、硅校正材料,在磨细比表面积约为1 000 m2/kg时,使铁尾矿粉获得无熟料高强度固结效果.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描同步热分析仪(DSC-TG)测试技术及化学滴定方法,分析了固结体中水化产物的种类、含量及微观形貌,研究了无熟料固结材料的水化机理.结果表明:当钙、硫、硅校正材料总占比为40%,且三者之间质量比为20∶5∶15时,利用铁尾矿细磨过程中矿物表面晶格畸变形成的非晶质层成分与校正材料之间的水化反应及产物协同效应,能够获得28 d强度为52.08 MPa的固结体;水化过程中,钙矾石(AFt)的快速生成为硬化浆体提供了早期强度,水化硅酸钙(C-S-H)是稳定固结体后期强度的保证,1/7~1/5的晶胶比确保了固结体强度的持续发展.

不同阻尼模型对地铁振动下结构动力响应分析的影响研究

在结构的弹性动力响应分析中,阻尼具有重要的影响,直接决定了结构的耗能与衰减行为。准确地理解不同的阻尼模型的适用条件对实际工程问题的分析具有重要意义。地铁振动激励下的结构动力响应分析具有以下特点:地铁振动激励强度小,结构通常保持弹性,结构的动力响应行为直接受阻尼影响,合理的阻尼耗能对于分析结果的可靠性至关重要;地铁振动的频域范围宽,容易激发结构的多组高阶竖向振型,分析中需要合理考虑各阶振型的阻尼行为。各类阻尼模型由于建立在不同的基本假设之上,适用范围各有不同。粘性阻尼模型和滞变阻尼模型是结构动力分析中常见的两类阻尼模型,为明确不同阻尼模型在地铁振动激励下的结构动力响应分析问题中的特点,从两类模型中各选取了一个典型代表(分别为Rayleigh阻尼和通用频变阻尼),并针对四类常见的典型结构(混凝土框架结构、钢框架结构、混凝土剪力墙结构、钢框架-支撑框筒结构)进行了分析。研究结果表明:采用Rayleigh阻尼时,需根据结构动力特性与荷载频率分布合理定义参考频率区间,相对于覆盖荷载主要频率的参考区间,仅覆盖结构自身前10阶竖向振型的参考频率区间过窄,在该文的频率区间下,后者的顶层竖向峰值加速度比前者小49%~92%;通用频变阻尼只需直接定义预期的阻尼-频率关系,与宽参考频率区间的Rayleigh阻尼模型相比,顶层竖向峰值加速度在其75%~156%,对不同的结构、同一结构的不同位置均不同。

双碳背景下钢结构碳排放研究进展

我国碳排放总量高居世界首位,建筑领域碳排放量巨大,需要积极转型升级,促进其绿色低碳发展。钢结构作为典型的绿色环保型建筑,双碳背景下得到土木工程领域的持续关注。系统总结了目前钢结构碳排放的研究进展,指出了目前研究中存在的问题及后续重点研究方向。结果表明:钢结构物化阶段和消纳阶段的碳排放是研究重点,碳减排措施研究应从全生命周期角度综合考虑。应进一步推进钢结构碳排放相关核算工作和研究,完善相关评价体系和减碳排措施,以助力建筑行业双碳目标的实现。

钢结构制造全过程碳排放与碳减排研究

发达国家钢结构普遍使用热轧型材,我国钢结构普遍采用钢板制作,其制造过程包括钢板下料、组焊、表面清理及涂装等主要工序,因此我国钢结构制造过程碳排放具有独特性。系统研究了钢结构制造全过程碳排放的来源和产生机理,分别基于制造工序和投入产出法,对制造全过程的碳排放进行了详细核算分析,结果表明:不考虑废钢循环时,制造全过程碳排放为2606.90~2616.82kg;考虑废钢循环时,制造全过程碳排放为1369.30~1379.22kg。根据实际案例分析,给出了钢结构制造全过程碳排放参考值及碳减排措施。

矿渣粉与超细铁尾矿粉在无熟料固结体中的协同水化机制

超细铁尾矿粉表面非晶态铝硅酸盐矿物成分具有水化活性,能够形成较高强度的无熟料固结体,但存在早期水化速率快、后期强度低的缺点。本工作考察了掺入矿渣粉对超细铁尾矿基无熟料固结体微观结构及强度的影响,分析了硬化浆体中水化产物的形貌、种类及含量的差异,并研究了二者在无熟料固结过程中的协同水化硬化机制。结果表明:磨细铁尾矿粉和矿渣粉质量比在1∶1时无熟料固结体28 d可以获得78 MPa以上的强度,XRD、TG-DSC分析结果及SEM微观形貌显示铁尾矿粉和矿渣粉的水化产物一致,均为铝掺杂水化硅酸钙(C-(A)-S-H)和钙矾石(AFt),固结体中AFt的生成量早期与矿渣粉的比例呈正相关关系,后期受体系中SO_(3)含量的控制,固结体的线性膨胀率与AFt含量呈正相关关系,矿渣粉和铁尾矿粉复配可以明显改善试样硬化体的孔结构,二者比例在1∶1时孔径分布最优。本研究证实了矿渣粉与超细铁尾矿粉在无熟料固结过程中有明显的水化协同效应,超细铁尾矿粉表面非晶态成分的早期水化产物对硬化浆体早期起到固结和填充效应,矿渣粉的持续水化补充了后期新的水化产物,二者在水化过程中的协同机制增加了体系中水化产物的生成量,改善了浆体的孔结构,提高了密实度,使固结体获得较高的力学性能和体积稳定性。

城市密集建筑区新型地震次生灾害研究进展

随着经济和城镇化的发展,我国出现了大量的城市密集建筑群,包含了大量的密级高层建筑、人口和财物,是城市防震减灾工作的重要对象和新挑战。随着地震工程研究和应用的迅速发展,建筑倒塌等传统震害逐渐减少,而坠物、地震次生火灾等新型地震灾害愈发突出。这些新型灾害破坏性大,缺少有效的减灾对策。基于此,面向地震次生坠物、地震次生火灾、震后电梯人员受困、地震场地-城市效应问题等四类典型新型地震次生灾害,总结了当前关于新型地震次生灾害的初步研究成果并展望未来研究方向,以期为地震新型灾害研究提供参考。

融合石膏组分和微纳米结构“双基因”调控的铁尾矿粉无熟料固结体力学性能

为了探究超细铁尾矿粉颗粒表面非晶态SiO_(2)和Al_(2)O_(3)在石灰-石膏体系中的水化固化机理及调控因素,本工作考察了石膏掺量和铁尾矿粉中微纳米级颗粒含量之间的匹配对固结体强度的影响,利用XRD、TG-DSC、SEM和化学滴定法测试分析了固结体试样中水化产物的种类、形貌及含量的变化,研究了这些变化对固结体强度的影响及作用机理。结果表明,超细铁尾矿粉中小于1.096μm的微纳米颗粒含量显著影响着铁尾矿粉在碱溶液中Si和Al元素的溶出行为,固结体强度随着这些微纳米颗粒含量的增加而提高。固结体中的主要水化产物是铝掺杂的水化硅酸钙(C-(A)-S-H)和钙矾石(AFt)。石膏掺量与铁尾矿粉中微纳米颗粒含量的最佳匹配值对固结体的强度具有显著影响,并且微纳米颗粒含量越高,对应的石膏最佳掺量越大。石膏组分保证了AFt的生成和稳定,同时也加速了铁尾矿粉颗粒表面非晶态成分的水化。本工作探明了固结材料中最佳石膏掺量与微纳米铁尾矿粉颗粒含量的关联关系及其机理,证实了微纳米级颗粒是无熟料固结体结构中的基本活性单元,石膏的掺入对微纳米颗粒的水化起到调控作用,水化后的微纳米颗粒演变为固结体的基本结构单元,这种组分和结构的“双基因”调控机制影响着固结体的力学性能。

组合膨胀剂对风电灌浆料早期膨胀性能的影响

基于改进的竖向膨胀率(εv)测试方法,获得了高强风电灌浆料0~24 h、1~7 d的εv发展全曲线;并研究了掺合料比例及组合膨胀剂比例对灌浆料εv、流动度、力学强度的影响.结果表明:灌浆料0~24 h竖向膨胀率曲线呈“四阶段”特征;在0%~20%掺量范围内提高硅灰掺量,灌浆料流动度下降,0~24 h内εv曲线峰值先增大后减小;塑性膨胀剂(PEA)对24 h内εv发展起主导作用,复掺氧化钙-硫铝酸钙双源膨胀剂(HP-CSA)后,εv峰值减小,24 hεv下降、3 hεv增大,有利于控制24 h与3 h的εv差值;在1~7 d内,0.03%掺量的PEA即可促进HP-CSA膨胀效能的发挥,6%以上掺量的HP-CSA可较好补偿竖向自收缩变形而获得净膨胀灌浆料;PEA与HP-CSA组合,可发挥时间上接力、效果上协同的膨胀调控作用,可分阶段、按需设计,从而实现对灌浆料7 d内竖向膨胀率的精细调控;随组合膨胀剂掺量增加,灌浆料初始和30 min流动度无明显变化,28 d抗压强度先增大后减小;在本文研究范围内,0.06%PEA+6%HP-CSA是最优掺量组合.

多高层模块化结构及建造技术研究进展与未来趋势

模块化结构相比传统的结构形式具有建造效率高、标准化程度高、节省劳动力、低碳环保、安全可靠等优点,在新型建筑工业化背景下表现出极大的发展潜力。随着经济社会的发展,近年来模块化结构逐渐向多高层方向发展,在受力性能和建筑技术等方面面临更大的挑战。为促进多高层模块化结构的研究和应用,对模块化单元、模块化结构、结构力学性能及设计要求、模块化建造技术的研究现状进行了总结。对模块化单元进行分类,对比不同类型模块化单元的优缺点和适用范围;介绍适用于多高层建筑的模块化结构及其工程应用;梳理模块化结构在各类荷载作用下的受力性能的研究和相关设计标准;总结现有的模块化建造技术,根据建造顺序详细梳理模块化建筑施工的各个环节。目前,多高层模块化结构在连接节点、体系分析、高性能材料应用、标准规范、安装装备和一体化设计等方面还存在不足,需要综合考虑全流程建造环节开展系统性研究,加强各专业协同,形成多高层模块化技术体系。

建筑(群)和基础设施安全领域软件发展综述

为综合分析我国建筑(群)和基础设施安全领域软件发展现状,探索未来发展方向。首先,介绍建筑(群)和基础设施安全领域软件的发展现状和趋势,系统梳理国内外广泛使用的主流商业软件;然后,介绍软件技术水平、自主知识产权水平与核心技术掌握程度、软件应用及影响,阐释发展具有自主知识产权的建筑(群)和基础设施安全领域软件存在的问题;最后,提出建筑(群)和基础设施安全领域软件发展的战略需求、目标、关键前沿技术和支撑保障。研究结果表明:我国建筑(群)和基础设施安全领域软件自主知识产权基础相对薄弱,未来应重点在信息化建模、高精度模拟和智能化设计等共性技术和工程应用方面开展深入研究。

PS-InSAR在边坡变形监测中的应用研究

公路边坡的稳定性是整个公路工程正常运行的关键,需要选取有效的边坡变形监测方法对其进行监测。永久散射体干涉测量技术(PS-InSAR)能够快速、大范围获取精确大地变形数据,在公路边坡变形监测领域具有良好的应用前景。因此,以北京市怀柔区G111京加路山区路段为研究对象,介绍了PS-InSAR原理,并通过使用31景“哨兵1A”卫星影像数据对区域路段进行普查,采用PS-InSAR对京加路沿线边坡进行高精度识别与分析,筛查出京加路沿线隐患点33处,并确认出12处风险等级较高的区域与养护巡查确定的结果吻合,实现了在重点隐患区域布置监测系统实时监测边坡的变化趋势,为公路边坡的治理提供了重要的基础资料。

内养护剂和膨胀剂组合对混凝土收缩的影响

为在等抗压强度前提下调控混凝土的早期收缩开裂,以膨胀剂(HP-CSA)和由高吸水树脂(SAP)引入的内养护水占胶凝材料相同比例进行组合,设计了各自的内掺量均为0%、4.5%、6.0%、9.0%共4种混凝土配合比,研究了其对混凝土早期收缩的调控规律,并分析了混凝土收缩、力学强度、内部相对湿度和干燥失水率之间的关系.结果表明:混凝土早期收缩和内部相对湿度发展均呈2阶段规律;随“HP-CSA+SAP”组合掺量增加,其对混凝土早期收缩的调控作用逐渐增强,且在阶段I的调控作用更为显著,但28 d时仍不能根除混凝土的净干燥收缩;组合掺量对混凝土早期内部湿度发展的整体影响较小;混凝土28 d内的净干燥收缩与干燥失水率之间基本呈线性正相关.从调控收缩、强度保持和经济性等方面综合考虑,6.0%为最优调控组合掺量.

土耳其7.8级地震对我国防震减灾工作的启示

引言2023年2月6日,土耳其东南部连续发生两次7.8级地震,造成重大人员伤亡和经济损失,严重的地震灾情也引起国际学术界和工程界的广泛关注。土耳其是一个历史悠久的国家,近代也曾经历过经济欠发达的阶段,还存在大量老旧、低水准设防的建筑;虽然土耳其自建国以来在经济上取得了显著的进步,但是总体经济水平仍然不高,防灾投入远不能和美国、日本等发达国家相比;土耳其的科技在中东国家中相对较为发达,有一批优秀的地震工程专家,但是其工程建设科技和人才总体上与世界先进水平仍有一定差距。

水泥基灌浆材料应用研究评述

水泥基灌浆材料以其高流动性、微膨胀和高强度等重要特征,在各类工程中得到广泛应用,并呈现出性能不断分化的发展趋势。针对水泥基灌浆材料的发展和应用,首先总结了其发展阶段及概况;然后系统分析了水泥基灌浆材料按性能特征的分类和按应用领域的分类以及二者之间的相关性,进一步结合应用领域分类介绍了不同用途的水泥基灌浆材料典型应用案例;最后,对水泥基灌浆材料国内标准化发展历程进行了重点梳理,对水泥基灌浆材料的未来发展和应用前景进行了展望,并提出了若干研究和工程应用建议。

抗震韧性城市评估与构建

近年来城市化进程不断加快,城市面积和人口规模持续增长,对城市的地震安全提出了更高要求。韧性城市理论的提出为有效解决城市地震安全风险提供了新的解决思路。目前,国内外尚缺乏合理的城市抗震韧性评估和构建途径。为此,阐述了抗震韧性城市的内涵、本质特征、构成要素及评估指标,将城市抗震韧性的构成要素概括为“一个根本、两个保障”,即工程系统、制度系统、社会和经济系统。建立了基于震后损失及恢复时间的双参数城市抗震韧性评估方法,提出了“设定目标→评估→提升→再评估”的韧性城市的构建途径。所提方法可为单体基础设施、工程系统、城市系统抗震韧性,以及其他灾害韧性的评估和提升提供理论指导和实践依据。