新建本科土木类高校结构实验室中长期建设探析——以福建省土木工程新技术与信息化重点实验室建设为例

从实验室本科教学建设与学科建设规划两个不同方面,详细梳理福建省土木工程新技术与信息化重点实验室从无到有,从有到有一定特色、显示度、影响力的区域知名重点实验室的建设过程。从建成后实验室的影响力,以及依托实验室的专业建设成效来看,以一盘棋的思想,通盘考虑学科的短期与中长期发展规划,完全正确,达到了预期建设目标。

海峡两岸土木工程专业术语初步对照与分析

鉴于海峡两岸土木工程学术交流日趋频繁,但两岸土木工程专业术语目前仍存在易混淆不清的问题(例如脚手架在台湾地区是鹰架),因此两岸在土木工程专业用语的术语差异性有必要进一步确认与整合。研究共查阅3 273笔两岸土木工程不同专业领域(包含土木、测量、交通、环境、岩土、结构及水利工程等)的术语资料,针对大土木及不同土木工程专业领域的专业术语差异性进行对照,并对专业术语容易混淆的程度给予评分。研究结果发现,在大土木的环境下,具有混淆程度的专业术语占27%,显示两岸土木工程人员在大土木的沟通上约有1/4的专业术语可能会被混淆或误解。此外,在上述的27%中,交通工程专业术语就占了19%,较其它专业领域占约8%左右要多,显示交通工程专业术语最容易混淆不清。

基于声发射技术的混凝土受压损伤特征

为研究混凝土在受压过程中的损伤演化特征,开展多种强度混凝土试块受压全过程声发射动态检测。根据声发射撞击数“两峰值、三阶段”的演化特性和波形信号频谱特征,分别对应混凝土在初始压密阶段、裂缝开展阶段、裂缝贯穿阶段的损伤特征,并基于声发射速率过程理论和损伤力学建立以声发射累积撞击数表征的混凝土损伤因子。研究结果表明:各强度等级的混凝土在受压全过程中低频能量稳定在区间30 kHz~50 kHz内;当能量密集出现在高频区间时代表混凝土进入裂缝开展阶段,受载后期高频信号能量的明显衰减是混凝土破坏的前兆信息;基于累积撞击数所建立的损伤指标能较好地反映混凝土在不同应力水平下的损伤程度。

预制装配式剪力墙结构发展动态与结构创新体系研究

装配式剪力墙结构具有生产效率高、工程质量好等优点,符合国家建筑工业化的发展要求。装配式剪力墙结构对结构的整体构造影响较大,其连接区域成为结构整体力学性能的关键要素。为此,总结目前装配式剪力墙不同连接形式的发展动态和存在的问题,并对目前研究热门领域的消能减震剪力墙结构与可恢复功能的剪力墙结构的发展现状和不足进行分析;针对可恢复装配式剪力墙结构的问题,提出了一种可更换钢制耗能连接装配式剪力墙结构,阐述了该结构的构造形式、设计方法、创新点与抗震性能。该结构可将损伤和耗能集中在钢制连接区域,通过连接区域内特定钢构件屈服耗能,保证上部主体结构不发生破坏,整体连接均通过螺栓实现,施工方便,且便于震后通过更换受损钢构件实现结构的可修复功能。

MJS工法桩在滨海地区软基加固工程中的应用

为探究MJS(Metro Jet System)工法桩大面积施工对周边环境的影响及其安全性,基于福建省滨海地区首例MJS工法桩加固涉铁软基工程实例,通过试桩试验探讨施工工艺并全面分析桩施工对周边环境影响规律。结果表明:单桩施工对土体扰动微小,而多桩施工产生的累积效应不可忽略;土体深层水平位移沿土体深度总体呈“上大下小”趋势,根据桩侧不同距离土体的深度影响范围,结合工程实际将桩周边土体划分为主影响区、中影响区和微影响区;土体孔压变化率沿深度方向总体呈先增大后减小现象,深处结构性扰动较小的软土对喷浆压力较敏感;MJS试桩施工中,临近高铁桥墩台的变形基本呈无规律振荡状态,试桩施工结束后随软土结构重组,墩台变形趋于稳定,且绝对值及差异沉降均远小于规定值,不会危及墩台结构稳定性及高铁运营安全。

圆钢管砖骨料地聚物再生混凝土柱滞回性能试验研究

为探究废弃黏土砖再利用的可行性,对6根圆钢管砖骨料地聚物再生混凝土柱的滞回性能进行了系列试验研究。以不同钢管厚度(4、6 mm)、砖骨料取代率(0%、50%、100%)、轴压比(0.05、0.25、0.50)为参数,得到了试件在往复荷载作下的失效模态、骨架曲线和滞回曲线,并对构件的刚度退化、滞回性能、峰值承载力、延性、承载力退化和耗能能力等抗震性能指标的变化规律分析。结果表明:试件的失效模式表现为底部发生鼓曲、开裂,出现塑性铰的区域核心混凝土破碎,与普通钢管混凝土相似;砖骨料取代率和轴压比的增加会降低试件的承载力,钢管厚度的增加会提高试件的承载力。试件的滞回曲线饱满,表现出不明显的捏缩,表明耗能能力较好;轴压比的增加导致试件的变形能力降低,加快了刚度和承载力的退化速度,增长钢管厚度可以提高试件的变形能力;砖骨料取代率对试件刚度退化、延性、承载能力和耗能能力的影响有限。

基于微分法的大跨度桥梁三维颤振敏感性分析

桥梁颤振敏感性表征设计参数对颤振临界风速的影响,是探究桥梁颤振机理与提升颤振性能的重要工具。为帮助设计人员在设计阶段高效精准地获取结构动力特性及颤振导数对大跨度桥梁颤振性能的影响规律,提出一种基于直接微分法的桥梁三维颤振敏感性分析方法。该方法基于系统矩阵的左右特征向量正交特性,构建在设计参数小幅摄动时桥梁多模态耦合颤振规格化条件,结合颤振临界条件得到系统特征值及颤振临界风速对设计参数的敏感性。为检验该方法,以理想薄平板断面简支梁桥为算例,与有限差分方法进行比较,表明该方法具有较高的精度和计算效率。将该方法用于一座大跨度悬索桥的颤振敏感性分析,结果表明:对于采用闭口流线型主梁断面的大跨度桥梁,一阶对称竖弯和一阶对称扭转模态对桥梁颤振影响最大;增大桥梁结构的阻尼比、模态质量及基础扭弯频率比,均会提升桥梁颤振临界风速;颤振导数中,A_(2)^(*)影响最显著,A_(3)^(*)、A_(1)^(*)和H_(3)^(*)的影响次之,其它颤振导数的影响则基本可以忽略。

圆钢管再生镍铁渣混凝土柱偏压力学性能研究

为了研究再生粗骨料取代率和偏心距对圆钢管再生镍铁渣混凝土柱力学性能的影响,设计了13个试件进行轴心和偏心受压试验,分析试件的荷载-跨中挠度曲线、侧向挠度曲线、刚度退化和耗能。在普通钢管混凝土的研究结果基础上,回归拟合适用于钢管再生混凝土的压弯承载力预测公式。结果表明:偏压试件的挠度沿柱高呈对称分布,形状符合正弦半波曲线;加载过程中截面中性轴的位置向受压区偏移,表明受压区面积逐渐缩小,受压区高度减小;当取代率超过30%后,随着再生粗骨料取代率的增加,试件的极限承载力降低,刚度逐渐退化,试件破坏时的耗能系数表现为降低的趋势;随着偏心距的增大,试件的极限承载力降低,侧向挠度曲线的包络面积逐渐增大,刚度逐渐退化;根据拟合的压弯承载力计算公式得到的计算值与试验结果吻合较好。

层状地基中海洋大直径管桩水平动力响应分析

考虑桩−海水−层状土相互作用,研究了水平动荷载作用下层状地基中海洋大直径管桩的动力响应特性。将海水视为无黏性可压缩流体介质建立桩周、桩芯海水的运动方程,通过分离变量法并结合海水的边界条件求得桩周、桩芯海水作用在管桩上的动水压力。将海床土体视为黏弹性介质并考虑其成层非均质性,利用微分变化并结合土体振动边界条件解得桩周、桩芯土体作用在管桩上的水平抗力。进而根据各桩段上水平力的平衡建立管桩控制方程,利用传递矩阵法并结合桩身的连续条件以及桩顶、桩底的边界条件,得到层状海床土中海洋大直径管桩的水平动力响应解析解,给出了桩顶位移解析表达式。将所得解与有限元模拟结果以及退化解与已有文献解进行对比,验证了本研究计算方法的合理性。并基于所得解分析了管桩−海水−层状土系统水平动力响应对动水压力、水深、土体模量、土层厚度等关键参数的敏感性。

冲击荷载作用下钢管再生混凝土柱损伤评估分析

为研究钢管再生混凝土柱在冲击荷载作用下的损伤,进行了16根钢管再生混凝土柱的落锤冲击试验。在试验的基础上建立了钢管再生混凝土柱的有限元模型,分析不同冲击速度、冲击质量、截面含钢率对钢管再生混凝土柱损伤程度的影响。通过控制冲击质量与冲击速度,基于损伤因子d_(s)和弹塑性转角θ,划分损伤评估等级,拟合钢管再生混凝土柱损伤评估曲线。结果表明:建立的有限元模型能很好地吻合落锤冲击试验的结果,最大误差不超过10%;冲击过程中跨中挠度峰值出现时间远远滞后于冲击力峰值出现的时间,冲量是动量的1.23倍;随着冲击速度的增加,跨中挠度呈抛物线形的增长趋势,冲击质量增加对冲击力峰值影响较小,但对跨中挠度有较大影响,随着截面含钢率的增加,构件的耗能几乎稳定在90%附近;从损伤曲线图可以快速判断钢管再生混凝土柱的整体损伤情况及局部损伤情况。

圆钢管再生镍铁渣混凝土柱冲击性能试验

为研究掺镍铁渣钢管再生混凝土柱抗冲击性能,以粗骨料替代率、轴压比、落锤质量及冲击能量为变化参数,设计并制作了11根圆钢管再生混凝土柱。通过落锤冲击试验,得到了试件的破坏形态、位移时程曲线及冲击力时程曲线,研究了轴压比、粗骨料取代率、冲击能量和落锤质量对钢管再生混凝土柱侧向冲击性能的影响。结果表明:钢管再生混凝土柱抗冲击性能良好,能量吸收率基本恒定在67%左右;与取代率为0%相比,再生粗骨料取代率为30%时,试件跨中挠度平均降低8.9%;再生粗骨料取代率为70%时,试件跨中挠度平均降低11.4%;随着冲击能量的增加,试件跨中残余位移显著增大;轴压比在0~0.4以内,轴向力对钢管再生混凝土抗冲击性能有提高作用;落锤质量由330 kg增加至430 kg,冲击持续时间增加16%;套箍系数增大,跨中挠度减小。

水平缝钢制连接的可修复装配式剪力墙结构抗剪性能研究

为实现剪力墙结构震损后的快速修复,提出一种水平缝钢制连接的可修复装配式剪力墙结构(Repairable precast shear wall with horizontal steel connections,RPW-HSC),采用ABAQUS软件对高宽比为1.0的RPW-HSC试件进行建模分析,数值模拟结果与试验结果吻合良好。通过有限元参数化建模,研究钢制连接中剪切板的厚度、开缝处小钢柱的高宽比、钢板强度及轴压比对RPW-HSC试件抗剪性能的影响,建立RPW-HSC抗剪承载力设计方法。结果表明:RPW-HSC试件的刚度与抗剪承载力随剪切板厚度、钢材强度及轴压比的增加而增加,但参数过大会导致该试件由钢制剪切板破坏转变为上部预制混凝土墙体破坏;当钢制剪切板开缝处小钢柱高宽比小于3时,试件的破坏由开缝处小钢柱的弯曲破坏变成上部预制混凝土墙体的剪切破坏。因此,需控制合理的设计参数以实现RPW-HSC试件结构损伤可控及震损可修复。RPW-HSC试件抗剪承载力设计方法获得的理论计算值与试验值及有限元结果吻合较好,验证了抗剪承载力设计方法的准确性。

采用混合连接装配式桥墩地震易损性分析

基于整体现浇桥墩试件(ZT-1)、现浇超高性能砂浆(UHPM)-CFST(钢管混凝土)榫卯混合连接桥墩试件(GX-1)、灌浆套筒-CFST榫卯混合连接桥墩试件(GT-1)的拟静力试验现象和结果,采用OpenSees有限元分析软件,开展试件在地震作用下的时程分析,并对其进行易损性评估,确定相对应的损伤量化指标,分析试件在地震作用下的易损性。研究结果表明:(1)在轻微破坏和中等破坏时,GT-1桥墩的易损性曲线变化趋势与ZT-1和GX-1桥墩较为接近;(2)当PGA分别为0.15 g、0.2g、0.3g、0.4g时,GX-1与ZT-1的地震反应均较为接近,与ZT-1桥墩试件相比,GT-1发生严重破坏的超越概率分别减小了6.71%、11.67%、10.32%、4.46%;(3)与ZT-1、GX-1相比,GT-1表现出更好的抗倒塌能力。

基于声发射多参数耦合的木材裂缝检测方法

为及时了解木材的损伤情况,需对木材进行损伤评价,而木材裂缝深度是评价木材损伤的重要指标之一,其量测方法是一大难点,亟待解决。基于声发射参数(峰值、频率重心、能量)在杉木裂缝中的衰减规律,应用加权平均法对声发射参数进行归一化处理,提出了基于声发射多参数耦合的裂缝深度检测方法。结果表明:声发射峰值、频率重心、能量在木材存在裂缝与无裂缝的交界面会发生突变,且所提的基于声发射多参数耦合的综合指标值在交界面大于设定阈值,能有效检测木材的裂缝深度。

UHPC壳局部增强混凝土组合桥墩抗震性能

为剖析超高性能混凝土(UHPC)壳局部增强混凝土组合桥墩的抗震性能,以UHPC壳的高度为试验参数,对3根UHPC壳局部增强混凝土组合桥墩与1根整体现浇钢筋混凝土桥墩进行水平低周反复荷载试验,研究各桥墩的破坏模式,从滞回曲线、骨架曲线及其他性能指标等分析其抗震性能,在试验验证的基础上开展有限元分析.结果表明, UHPC壳局部增强混凝土组合桥墩试件的破坏形态皆为整体压弯破坏.组合桥墩的滞回曲线均呈较为饱满的弓形,具有良好的抗震性能.与现浇钢筋混凝土桥墩相比, UHPC壳局部增强混凝土组合桥墩的初始刚度和水平峰值荷载明显增大,耗能能力增强,承载力退化能力减弱,变形恢复能力有所增强;随着UHPC壳高度的增加,组合桥墩的水平承载力上升,耗能能力有所增强,刚度退化率略有增加.有限元分析结果表明,轴压比、长细比、UHPC强度、 UHPC壳高度比是影响UHPC壳局部增强混凝土组合桥墩抗震性能的重要参数.

不同固结路径下钙质砂固结排水强度性状研究

钙质砂是我国南海岛礁建设的主要吹填材料,岛礁建筑施工中钙质砂地基将受到不同固结路径外荷载作用,开展不同固结路径下钙质砂的固结排水强度特性研究是岛礁地基建设的迫切需求。对取自我国南海某吹填岛礁的钙质砂开展不同固结路径三轴固结排水剪切试验,探究钙质砂的强度参数和颗粒破碎程度随固结路径的演变规律。研究结果表明:钙质砂的应变软化和剪胀特性随平均有效应力的增大、有效主应力比的增大而逐渐减弱;与等向固结工况相比,随着有效主应力比减小至0.45时,钙质砂固结排水峰值强度折减系数介于0.60~0.95之间;在常规应力范围内,当有效主应力比增大,峰值内摩擦角呈减小趋势,介于38°~53°之间。在固结阶段,颗粒破碎程度随偏应力的增大而变大,但在剪切完成后颗粒破碎程度反而最小,剪切阶段的颗粒破碎占主导地位;验证了不同固结路径下峰值内摩擦角与相对破碎率的定量关系式,计算得到的峰值内摩擦角预测值为实测值的0.8~1.2倍。固结应力路径和固结压力不同引起的颗粒破碎程度差异,是导致剪切后钙质砂固结排水强度性质差异的主要原因。

装配式方钢管约束混凝土桥墩恢复力模型研究

采用ABAQUS通用有限元软件对装配式方钢管约束混凝土桥墩进行建模,计算了桥墩试件荷载-位移滞回曲线与骨架曲线特征值;以轴压比、长细比、约束系数、方钢管屈服强度、混凝土强度、钢管嵌入深度与桥墩边长比、嵌套钢管直径与桥墩边长比、嵌套钢管厚度与桥墩边长比为拓展参数,研究各参数对装配式方钢管约束混凝土桥墩荷载-位移骨架曲线的影响规律;借鉴钢管约束钢筋混凝土柱的计算框架,拟合得出装配式方钢管约束混凝土桥墩各特征值(弹性刚度、水平荷载峰值、峰值荷载位移与下降段刚度)的计算公式;该计算公式与有限元分析结果吻合良好,有限元分析值与公式计算值之比的平均值为1.004~1.035,均方差为0.133~0.162;选取实际工程对算法进行实例验证,计算结果与有限元数值吻合良好。

侧向冲击后钢管混凝土柱剩余轴压承载力研究

为研究钢管混凝土柱受侧向冲击后的剩余承载力,进行了冲击后钢管混凝土柱的轴压试验,运用ABAQUS有限元软件对冲击后钢管混凝土柱轴压试验进行了数值模拟,并验证了有限元模型的合理性。分析轴压过程中典型钢管混凝土柱的受力性能,研究混凝土强度等级、冲击质量、冲击高度、钢管强度等级、冲击位置、边界条件和长径比对受冲击后钢管混凝土柱剩余承载力的影响。结果表明:混凝土强度等级对剩余承载力影响较小,当从C50增大C65时,剩余承载力仅提高了1.44%;当冲击质量从330 kg增大到630 kg时,剩余承载力减小了10.64%;冲击高度由4 m增大到7 m时,剩余承载力减小了10.15%;采用Q420钢材的钢管混凝土柱的剩余承载力比采用Q235钢材的钢管混凝土柱的相应值提高了39.54%;冲击位置越靠近跨中,剩余承载力越小;随着边界条件的自由度增加,剩余承载力减小。给出了冲击后钢管混凝土柱的剩余承载力公式。

关于桥梁工程本科毕业设计的几点思考

毕业设计是桥梁工程本科生专业能力锻炼的关键性环节。对桥梁毕业设计的概况进行介绍,结合近几年毕业设计存在的主要问题进行分析,提出了改进毕业设计质量的一些建议,包括加强教师团队建设、改进成绩评价体系、严格进行过程控制等,对推动桥梁工程毕业设计教学改革具有参考价值。

公路旧桥无缝化改造技术

公路桥梁的伸缩装置是桥梁结构中最为脆弱的部件,不仅容易损坏,而且修复困难。文章综述了国内外无伸缩缝桥梁的发展历程,以及国内旧桥无缝化的工程案例及相关研究;总结了国内旧桥无缝化改造的常用设计方法,介绍了桥墩、桥台处的无缝化构造处理技术;同时对旧桥无缝化技术的工程意义、应用前景、存在问题进行分析,表明对旧桥进行无缝化改造可提高其承载力、行车舒适性和抗震性能,具有广阔的应用前景和重要的经济价值,也指出今后研究的方向和可能存在的技术难题。