建筑科学与工程学报

基于修正力磁模型的混凝土结构压磁疲劳模拟

2024年07月19 00:00

为了通过混凝土梁内钢筋在力磁效应下的磁信号来定量分析混凝土梁的疲劳状态,整合几种力磁模型的优缺点和适用范围,提出了适用于铁磁性材料弹塑性阶段的力磁本构模型,并通过ANSYS定量模拟分析了混凝土梁在弹性和弹塑性阶段的磁化特征; 对混凝土结构在拟动力和疲劳加载过程中的力磁效应进行了有限元模拟,得到了测点处磁感应强度的时变曲线,并与试验和隐式微分模型所得结果进行对比。结果表明:修正后的力磁模型在弹性阶段的应用能够准确反映试验观察到的3个阶段变化规律,即梁开裂前的平直段、开裂后的迅速磁化段和加载后期的磁化饱和段; 该模型的磁场模拟结果还能反映箍筋、纵筋的相对位置和梁的受载情况; 在疲劳阶段,模拟结果与试验观察的规律一致,精度较高,并与试验结果在同一数量级; 该修正力磁模型不仅具有应力与磁学属性的直观映射关系,而且相较于隐式微分模型更易于应用,可作为力磁效应的定量化研究工具。

钢管混凝土柱-钢梁外加强环螺栓连接节点抗震性能有限元分析

2024年07月19 00:00

为深入研究钢管混凝土柱-钢梁外加强环螺栓连接节点的抗震性能,建立了螺栓连接节点的精细化三维实体有限元模型。在对已有试验成果进行验证分析的基础上,研究加劲肋、螺栓连接数量对节点塑性耗能分配机制的影响。结果表明:当钢材本构后期考虑韧性损伤后,有限元计算结果与已有拟静力试验结果更吻合; CFST-1节点(梁高300 mm,有螺栓垫板)耗能能力最优,但仅达到相应焊接节点的一半; 与CFST-1节点相比,CFST-3节点(梁高300 mm,无螺栓垫板)及CFST-2节点(梁高250 mm,有螺栓垫板)的总耗能更低; 各螺栓节点的塑性耗能分配机制主要依靠梁耗能,而相应的加强环焊接节点主要依靠梁与加强环耗能; 当螺栓节点采用环板加劲肋、4排螺栓以及腹板加劲肋构造优化后,刚度、承载力、延性与相应焊接节点一致,总塑性耗能达到刚接节点的79.1%,基本达到刚接节点的抗震水平。

开口型压型钢板-ECC组合楼板受力性能试验研究及数值模拟

白亮,宋莉莎,许卓轩,凌童,廖芳芳 — 2024年07月19 00:00

为研究开口型压型钢板-工程增强水泥基复合材料(ECC)组合楼板的受力性能,对开口型压型钢板-ECC组合楼板试件进行静力加载试验及数值模拟,研究了试件破坏模式、端部滑移、荷载-挠度曲线、压型钢板应变分布及承载能力; 利用ABAQUS有限元程序对试件受弯承载性能进行模拟,数值模拟结果与试验结果符合较好; 在此基础上,分析了ECC截面高度、ECC抗拉强度、压型钢板厚度及剪跨比对组合楼板受弯承载性能的影响。基于ECC受拉应变硬化特性,建立了考虑ECC受拉作用的开口型压型钢板-ECC组合楼板受弯承载力计算公式。结果表明:对于纵向剪切破坏的试件,压型钢板的受拉作用未得到完全发挥,加载后期试件端部发生明显滑移; 在其他参数相同的情况下,端部配置栓钉及抗剪钢筋的试件发生弯曲破坏,压型钢板达到全截面屈服,其峰值承载力为纵向剪切破坏试件的2.1倍～2.31倍; ECC截面高度在几个因素中对组合楼板受弯承载力的影响最为显著; 所建立的计算公式能够较好地预测该类组合楼板的受弯承载力。

冷弯型钢“框-墙”复合结构墙体上下层间受力性能研究

王蕴哲,周天华,吴函恒,隋璐,王继琴,王帅兵 — 2024年07月19 00:00

提出了一种新型的冷弯型钢“框-墙”复合结构墙体,并对2片不同层数的足尺墙体试件进行了拟静力试验。依据破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数等性能指标,与单层墙体对比,重点考察双层墙体上下层间的受力性能。此外,基于ABAQUS有限元分析软件对双层墙体的滞回性能进行模拟,并对层间连接部位的层间边框梁屈服强度、层间抗拔螺栓间距和高宽比进行参数分析。结果表明:试验全程双层墙体上下层间螺栓连接无明显滑移与拔起,具有半刚性特征,且根据位移计实测结果,墙体上下层间位移趋近于0; 在考虑了上下层间连接部位后,双层墙体的位移延性系数和峰值荷载较单层墙体分别降低了1.84%和8.33%,说明冷弯型钢“框-墙”复合结构墙体上下层间传力、连接性较好; 层间边框梁屈服强度和层间抗拔螺栓间距对墙体的抗剪承载力和抗侧刚度影响较小,而高宽比对双层墙体的抗侧刚度和抗剪承载力影响较大; 研究成果可为该类墙体应用于多层冷弯型钢房屋住宅提供参考。

窄幅钢箱-UHPC组合梁负弯矩下抗弯性能试验研究

2024年07月19 00:00

为改善钢-混凝土组合梁负弯矩下的受力性能,提出一种新型窄幅钢箱-超高性能混凝土(UHPC)组合梁。通过6根试验梁的反向静力加载试验,得到试验梁受力全过程跨中荷载-挠度、荷载-应变、荷载-最大裂缝宽度关系曲线、裂缝发生发展及破坏形态等,基于简化塑性理论推导出了组合梁极限抗弯承载力计算公式。结果表明:窄幅钢箱-UHPC组合梁在负弯矩下具有良好的受力性能; 提高配筋率、钢纤维掺量和UHPC相对板厚都可在一定程度上改善组合梁延性,提高其极限抗弯承载力; 翼板配筋率对承载力影响较大,配筋率由1%增加至2%时,其极限抗弯承载力提高了15%; 钢纤维掺量和UHPC相对板厚对初始开裂荷载影响较大,钢纤维掺量从1%增加到2%时,初始开裂荷载提高32%,UHPC相对板厚由0增加到0.5时,初始开裂荷载提高56%; 增加钢纤维掺量和UHPC相对板厚可有效控制裂缝宽度,减少结构主裂缝数量,改善组合梁耐久性; 组合梁极限抗弯承载力计算公式计算值与试验值吻合较好,表明塑性理论适用于窄幅钢箱-UHPC组合梁的承载力计算。

反复荷载作用下含缺陷灌浆套筒约束应力及钢筋黏结强度的预测模型

2024年07月19 00:00

为建立地震反复荷载作用下含缺陷灌浆套筒内部灌浆料与钢筋之间黏结强度的预测模型,对套筒的约束体系进行了分析,并根据缺陷的影响机理对缺陷进行了分类; 设计了含缺陷的灌浆套筒试件并对其进行了低周反复加载试验研究,得到了含缺陷灌浆套筒约束应力的数学表达式,结合数学表达式建立了含缺陷灌浆料极限黏结强度的预测模型,通过与试验结果对比验证了预测模型的正确性。结果表明:缺陷导致的套筒约束体系失衡是造成套筒黏结性能劣化的重要原因,集中于一侧的缺陷会诱发套筒约束体系的失衡,因此对黏结性能的劣化影响相较于均匀分散的缺陷而言更为显著; 随着缺陷率的增大,试件的失效模式从钢筋拉断向钢筋拔出转变; 当含缺陷套筒的约束体系基本平衡时,出现钢筋拔出破坏的界限缺陷率约为30%; 当缺陷导致套筒约束体系严重失衡时,出现钢筋拔出破坏的界限缺陷率仅为20%; 灌浆端是套筒约束作用率先失效的薄弱部位,因此相较机械端出现的缺陷而言,在灌浆端出现的缺陷更容易诱发连接失效; 该预测模型可为含缺陷灌浆套筒在地震区的性能评估提供理论参考依据。

高应力反复拉压作用下冷压灌浆套筒连接性能研究

2024年07月19 00:00

为了降低工程使用成本,设计一种由无缝钢管冷压制成的灌浆套筒,并对其进行高应力反复拉压试验,研究其抗震性能和变形能力; 分析了套筒肋间距、肋深、钢筋锚固长度和直径对灌浆套筒性能的影响; 采用延性比对灌浆套筒接头的连接性能进行了评估。结果表明:试件的破坏类型分为钢筋拉断和钢筋拔出两种方式; 钢筋直径为20 mm的试件极限锚固长度为5.5d(d为钢筋直径); 肋深为0.5 mm的套筒u₂₀(u₂₀为接头经高应力反复拉压20次后的残余变形)不满足规范要求; 随钢筋直径的增大,试件极限抗拉承载力和极限位移增大; 随锚固长度增加,极限位移减小; 肋间距和肋深的改变对试件的极限荷载、屈服荷载和位移无显著影响; 钢筋直径增加时,套筒表面最大应变值成倍增加,说明钢筋直径越大对套筒结构稳定性越不利; 对于该规格的套筒建议选用20 mm及以下直径的钢筋; 试件延性比均大于4,且延性比为规范要求最低值的4.122 5倍～7.332 5倍,说明该接头具有较大的安全余量。

地铁上盖建筑车致振动竖向二级动力响应研究

马乾瑛,吴宗欢,李帅,高晓敏 — 2024年07月19 00:00

为了有效评估地铁运行引起的上盖建筑振动污染对结构舒适度的影响,分析了车致振动下上盖建筑的振动响应规律。采用分离式建模的方法构建了上盖结构的二级竖向振动响应动力模型,用集中质量法对上盖结构的响应规律做了整体分析,基于欧拉-伯努利梁建立了楼层内振动响应模型。基于所建立的二级振动理论模型,利用MATLAB_Appdesigner工具箱开发了结构振(震)动信号分析系统。结果表明:随着楼层的增加,振动响应呈现上升趋势,增幅随着楼层的增大趋于稳定; 随着结构的自振周期延长,动力响应会从高频段向中低频段发生偏移; 板内的振动响应并非单纯发生在基频附近,而应该根据荷载的动力特性与结构自身特性综合考虑; 位移响应体现了荷载全频段的作用效果,加速度响应更加体现荷载卓越频段的作用效果。

基于数字孪生的装配式建筑施工过程动态调度研究

2024年07月19 00:00

针对装配式建筑施工过程中调度方案实施影响因素多且不能及时调整的问题,提出一种基于数字孪生的装配式建筑项目施工过程动态调度方法。首先,建立施工过程数字孪生调度框架,在此基础上,结合装配式建筑的施工特点和数字孪生模型的要求,从施工基本活动、数字孪生编码体系、工序施工时间三方面进行分析和研究,构建装配式建筑施工调度数字孪生虚体模型,并对装配式建筑调度方案生成过程进行详细描述。然后,在分析装配式建筑施工调度内容的基础上,以项目施工工期最短为调度目标,考虑施工构件工序排序和资源选择问题,构建装配式建筑施工调度模型,并设计一种双层编码的遗传算法对其求解。最后,以某装配式建筑项目结构主体为例,模拟其施工过程的调度方案在生成和出现不确定因素后的动态调度,并利用装配式施工调度平台对调度方案进行可视化。结果表明:提出的方法将动态优化调度方案服务和施工进度偏差分析等关键技术结合,实现了装配式建筑施工调度方案优化,辅助可持续和动态的施工过程决策,验证了该方法的有效性和可行性。

脱硫石膏强度及耐水性改善方法研究综述

2024年07月19 00:00

针对脱硫石膏强度及耐水性改善方法和改性机理做了系统的归纳与分析。详细阐述了水泥、各种矿物掺合料、有机硅防水剂以及其他有机乳液等对脱硫石膏及其复合胶凝材料的强度和耐水性的影响,对各种改性方法的作用机理、优点以及不足之处进行了讨论。结果表明:掺入适量的水泥和矿物掺合料时会生成水硬性产物,脱硫石膏的强度和耐水性得到一定的改善,但是掺入过量时会造成不利的影响; 水泥、粉煤灰和脱硫石膏之间的比例变化会对胶凝体系的强度和耐水性产生较大的影响; 有机硅防水剂可以在脱硫石膏表面形成一层疏水性薄膜,显著提升脱硫石膏的耐水性,当与矿物掺合料复合作用于脱硫石膏时可以得到更好的力学性能和耐水性能; 其他类型的有机防水剂均能改善脱硫石膏的耐水性,但是大部分会改变脱硫石膏的晶体形貌,对脱硫石膏的强度和耐水性产生不利影响; 目前脱硫石膏的改性材料都比较复杂,单独作用时综合性能不佳,需要进一步研究与探讨更加简单、有效的改性材料和方法。

煤化工固废混凝土的制备及力学性能

2024年07月19 00:00

为解决煤化工固废替代砂石制备混凝土时由于自身孔隙多导致的吸水量大、流动性差及强度低等问题,从固废粗渣表面封堵涂层处理及水泥水化产物形貌调控两个方面提出解决方案。首先制备了一种含有三嗪环、氨基及醛基的固废粗渣表面处理用黏附固化剂(ACA),将其与水泥混合,在固废粗渣表面形成填充封堵涂层,从而解决煤化工固废粗渣制备混凝土时吸水量大及流动性差的问题。其次,制备了氧化石墨烯(GO),并将其与聚羧酸减水剂(PC)混合形成插层复合物(PC-GO),通过掺入PC-GO实现超低掺量GO在水泥基体中的均匀分散及对水泥水化产物形貌结构的调控。在表面封堵涂层及水泥水化产物结构调控的协同作用下制备了高含量煤化工固废混凝土,表征了ACA的结构及其形成封堵涂层的作用原理,提出了超低掺量GO的吸附式分散机理及调控水泥水化产物形貌的晶核效应和模板效应。结果表明:含有60%和80%(质量分数)煤化工固废的混凝土的抗压强度分别大于40 MPa和30 MPa,抗折强度分别大于6 MPa和4.5 MPa,同时高含量煤化工固废混凝土具有良好的抗干缩性能; 研究成果对于制备高含量煤化工固废混凝土及煤化工固废的大规模资源化利用具有积极的意义。

预应力混凝土梁桥短线匹配法的抗差估计方法

2024年07月19 00:00

针对预应力混凝土梁桥短线匹配法线形控制问题,充分考虑节段梁控制点测量值中可能出现的随机误差与粗差,提出一种附有条件限制的总体最小二乘抗差估计方法,适用于短线匹配法线形控制; 推导了解算方法,并给出了具体的解算步骤; 以黄茅海跨海通道工程6×60 m连续刚构中的某一跨为基准进行了数据模拟。结果表明:该方法可以实时地修正施工中各类误差导致的预制线形变化,有效地阻止了施工误差与测量误差在后续节段梁中的不断积累; 与既有算法相比,所提算法的计算结果准确度最高,不仅在终端节段末端与基准线形的差值均值最小,而且在代表整体线形连续性的偏差平方和均值上与最小二乘法的结果相近,优于传统的选点控制方法。

基坑开挖导致邻近既有隧道变形的主动控制研究

2024年07月19 00:00

采用有限元分析方法对新型支撑轴力主动控制系统进行了研究,提出了一种支撑轴力设计方法; 在对支撑不施加主动轴力的情况下,研究了花岗岩残积土地层中基坑开挖对既有隧道的影响,根据基坑侧边不同位置隧道在基坑开挖作用下的位移划分了基坑开挖影响区; 基于提出的轴力设计方法,研究了基坑开挖过程中支撑轴力主动控制对既有隧道位移的影响规律; 获得了隧道位移控制到预警值10 mm以下的临界控制比,分析了其在不同隧道位置时的分布规律。结果表明:该地层中的影响区范围相对已有研究的影响区更小; 隧道位移与地连墙位移的控制比近似呈正比关系; 基坑腰部0.6倍挖深位置附近隧道的水平位移需进行最严格的控制,靠近基坑且深度较深的区域通过水平位移控制得到的临界控制比更小,应以隧道水平位移控制为主,而远离基坑且深度较浅的区域应以隧道竖向位移控制为主; 花岗岩残积土中的基坑开挖影响区以及对临界控制比的量化研究成果可为类似工程提供参考。

高温作用后层状复合岩石单轴压缩试验损伤机理研究

2024年07月19 00:00

为研究深部环境中高温对层状复合岩石物理特性、变形破坏机制及损伤演化规律的影响,在层状复合岩石经过30、60、90、120、150、180 ℃高温后开展单轴压缩试验,同时采用声发射仪器监测岩石的破坏过程; 以累计振铃计数为损伤变量,考虑高温引入初始损伤,利用复合等效方法得到层状复合岩石的弹性模量,依据裂纹轴向应变、累计振铃计数推导得到全过程应力-应变本构模型。结果表明:层状复合岩石经历高温后,在岩石的初始压密阶段,温度越高,岩石的延性越强; 层状复合岩石峰值强度与温度呈负相关关系; 声发射中的振铃计数与岩石损伤破坏过程中裂纹的萌生、延伸、扩展到贯通都有很好的对应关系; 随着温度的升高,层状复合岩石由脆性向弹塑性转化,破坏模式由垂直劈裂破坏过渡为Y型剪切破坏; 建立的全过程应力-应变本构模型可以较好地反映层状复合岩石的损伤演化规律,研究成果可为高温环境下的岩体工程研究提供参考。

不同溶洞处治措施对桩基承载特性的影响研究

2024年07月19 00:00

为探究不同溶洞处治措施对岩溶发育区桩基承载特性的影响,通过有限元软件建立溶洞-桩-岩土体耦合作用模型,对比分析溶洞高度变化情况下,2种不同的溶洞处治措施(回填法和钢护筒跟进法)对桩基承载特性的影响。结果表明:随着溶洞高度增加,2种处治措施下桩基竖向承载力都呈降低趋势; 溶洞高度小于10 m时,不同处治措施对桩基竖向承载力影响可忽略,溶洞高度大于10 m则需考虑处治措施对桩基竖向承载力的影响; 在回填法处治的溶洞范围内,桩身轴力降幅较大,桩侧摩阻力增加显著,在钢护筒跟进法处治的溶洞中桩身轴力与桩侧摩阻力则基本不变; 与钢护筒跟进法相比,回填法更有利于发挥桩侧摩阻力; 溶洞高度增加时,2种处治措施下桩侧摩阻力比重均逐渐减小,桩端阻力比重逐渐增大,达到桩基极限承载力时,回填法处治后的溶洞较钢护筒跟进法桩端阻力占整体比例更小。

开挖宽度对异形基坑L形转角区支护结构变形影响研究

2024年07月19 00:00

为研究不同开挖宽度对基坑L形转角区支护结构变形规律的影响,基于滨州市某异形深基坑工程项目的现场实测数据,分析了基坑开挖过程中L形转角区阴阳角位置处支护结构变形规律的差异性; 建立了不同基坑宽深比(B/H,B和H分别为基坑宽度和深度)的L形转角基坑模型,研究了不同宽深比条件下转角位置处阴阳角相互作用条件下支护桩水平变形的空间分布规律,进一步明确基坑L形转角区支护桩不同深度处水平变形受影响范围。结果表明:当B/H<1.0时,阳角侧支护桩浅部水平变形受转角效应影响的范围随B/H的增加呈现出明显减小的趋势,其值近似满足2.4H-B; 当B/H>1.0时,阳角侧支护桩浅部水平变形受转角效应影响的范围约为1.5H; 坑内底部支护桩水平变形受基坑宽深比影响不明显,受转角效应影响的范围约为0.6H; 当B/H<1.0时阴角侧支护桩浅部水平变形受影响范围约为1.6H,当B/H>1.0时其水平变形受影响范围约为0.6H+B; 坑内开挖底面位置处阴角侧支护桩水平变形受影响范围约为0.6H+B,受宽深比变化影响不明显。

火灾与爆炸耦合作用对RC板力学性能影响研究

2024年07月19 00:00

为研究火灾下钢筋混凝土(RC)板抗爆性能,利用ABAQUS有限元软件对已有试验进行模拟并验证火灾下RC板高温模型以及RC板常温爆炸模型的有效性。在此基础上,分析了火灾下RC板的爆炸工作机理,研究了受火时间、不同方位角以及不同爆炸位置对RC板在火灾下抗爆性能的影响。结果表明:火灾下的RC板受爆炸荷载作用时,板中部首先发生剪切破坏,随后楼板整体发生受弯破坏; 随着受火时长增加,混凝土受高温劣化,钢筋强度下降,RC板的抗爆性能下降严重; 在受火时长120 min工况下,板角爆炸相比板边、板中爆炸的峰值位移分别增加了134.4%、150.9%; 在受火时长180 min工况下,板角爆炸相比板边、板中爆炸的峰值位移分别增加了138.4%、159.9%; 不同位置爆炸对RC板影响较明显,其中板中爆炸对RC板的破坏程度最高,且RC板破坏越严重,其动力响应持续时间越长; 在受火时长120 min工况下,爆炸方位角为60°和90°的RC板峰值位移相比爆炸方位角30°的RC板峰值位移分别减小了4.4%、2.4%,不同方位角爆炸对RC板的影响不明显。

基于改进JMA烈度的脉冲型地震强度预测方法研究

2024年07月19 00:00

为解决中国强震观测台网布设稀疏、脉冲型地震记录少、难以评估某一地区脉冲地震烈度大小的问题,提出了一种预测脉冲型地震烈度的方法,根据历史地震情况、场地条件、地质情况,采取人工合成的方法生成脉冲型地震,研究日本气象厅计测烈度(JMA烈度)与脉冲地震的相关性,并利用中国地震仪器烈度滤波器对JMA烈度方法进行修正。通过算例计算了鲁甸地震53QQC台站的JMA烈度,并绘制了鲁甸地震和汶川地震的烈度分布云图; 选取汶川地震部分台站,对比分析改进JMA烈度与典型烈度计算方法。结果表明:从历史地震数据中提取的高频成分与根据场地、地质情况等生成的低频脉冲成分相叠加,可实现脉冲型地震动的人工合成; 随着脉冲速度不断增大,JMA烈度呈增大趋势,回归分析结果表明JMA烈度与脉冲速度的对数呈线性关系; 随着脉冲周期的不断增大,JMA烈度呈上升趋势,回归分析结果同样显示为线性关系,可见JMA烈度与脉冲地震有较强的关联性,可以用来衡量脉冲型地震动强度; 相较于原滤波器,改进后的滤波器有效频带明显更宽,有效频带在0.3～3 Hz之间,能够涵盖中国绝大部分工程结构的卓越频率,有效频带内部更加平坦,而在有效频带外部则呈现更陡峭的响应,更接近理想滤波器的特性。