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2024年 第54卷 第8期
2024, 54(8): 1-8.
doi: 10.3724/j.gyjzG23051901
摘要:
为了提出既有预应力混凝土构件考虑有效预应力分布的性能评定方法,揭示有效预应力抽样检测值与预应力混凝土结构性能分析特征参数的映射关系,验证预应力混凝土结构有效预应力基于高斯混合统一概率模型的总体分布规律。在实测有效预应力值样本数据的基础上,基于统一概率模型采用特征加权法和最大期望算法(EM)等概率统计方法,提取有效预应力分布典型特征,并引入95%保证率条件下的承载力特征值对结构服役性能进行定量计算,提出了一种基于实测样本数据的既有预应力混凝土构件性能推定方法。以某无黏结预应力混凝土结构为工程实例,使用设计复核法与特征值法分别评价结构服役性能。研究表明,与现行评价方法相比,特征值法能较好地拟合实际情况,且能够有效地保证结构的安全性和可靠性,可为既有预应力混凝土结构的性能评价和加固设计提供参考依据。
为了提出既有预应力混凝土构件考虑有效预应力分布的性能评定方法,揭示有效预应力抽样检测值与预应力混凝土结构性能分析特征参数的映射关系,验证预应力混凝土结构有效预应力基于高斯混合统一概率模型的总体分布规律。在实测有效预应力值样本数据的基础上,基于统一概率模型采用特征加权法和最大期望算法(EM)等概率统计方法,提取有效预应力分布典型特征,并引入95%保证率条件下的承载力特征值对结构服役性能进行定量计算,提出了一种基于实测样本数据的既有预应力混凝土构件性能推定方法。以某无黏结预应力混凝土结构为工程实例,使用设计复核法与特征值法分别评价结构服役性能。研究表明,与现行评价方法相比,特征值法能较好地拟合实际情况,且能够有效地保证结构的安全性和可靠性,可为既有预应力混凝土结构的性能评价和加固设计提供参考依据。
2024, 54(8): 9-18.
doi: 10.3724/j.gyjzG23082902
摘要:
为了解决传统外墙保温易燃易脱落等棘手问题,提出一种陶粒混凝土L型复合剪力墙节点,可实现墙体保温和承重一体化。通过对设计的3个试件开展试验及有限元研究,重点分析了滞回及骨架曲线、承载能力、延性、耗能及残余位移等。结果表明:墙板节点属于弯剪破坏范畴;腹板脚部破坏严重,核心区损伤较轻,满足"强节点、弱构件"设计要求。延性系数是普通混凝土复合剪力墙的1.66倍,变形能力较好。黏滞阻尼系数及功比系数分别是同类墙板的4.53倍和1.87倍,耗能优势显著,有利于试件整体抗震。计算与试验结果吻合较好。通过模拟扩展分析,找到了轴压比和保温板厚度对剪力墙节点工作性能的影响规律。建议后续研究可适当提高剪力墙节点腹板边缘及脚部的材料强度、改善配筋及构造形式等,以提升或改善其工作性能。
为了解决传统外墙保温易燃易脱落等棘手问题,提出一种陶粒混凝土L型复合剪力墙节点,可实现墙体保温和承重一体化。通过对设计的3个试件开展试验及有限元研究,重点分析了滞回及骨架曲线、承载能力、延性、耗能及残余位移等。结果表明:墙板节点属于弯剪破坏范畴;腹板脚部破坏严重,核心区损伤较轻,满足"强节点、弱构件"设计要求。延性系数是普通混凝土复合剪力墙的1.66倍,变形能力较好。黏滞阻尼系数及功比系数分别是同类墙板的4.53倍和1.87倍,耗能优势显著,有利于试件整体抗震。计算与试验结果吻合较好。通过模拟扩展分析,找到了轴压比和保温板厚度对剪力墙节点工作性能的影响规律。建议后续研究可适当提高剪力墙节点腹板边缘及脚部的材料强度、改善配筋及构造形式等,以提升或改善其工作性能。
2024, 54(8): 19-27.
doi: 10.3724/j.gyjzG23110116
摘要:
单钢板混凝土组合结构是在钢结构与混凝土结构的基础上发展出来的一种结构形式,与普通钢筋混凝土结构相比,具有承载能力高、密闭性好、抗冲击爆炸性能好等特点,在核电结构安全壳和楼面板等领域具有良好的应用前景。然而,现阶段单钢板混凝土结构体系拉筋的连接型式尚不明确,不同型式拉筋的抗冲击性能也缺乏研究。为研究实际工程中不同构造形式对拉筋破坏机理和抗冲击能力的影响,设计了缩尺比为1∶20和1∶10的单钢板混凝土靶板,采用3种拉筋连接型式,针对不同的拉筋构造开展动力冲击试验,揭示不同拉筋构造在动力冲击荷载作用下的受力机制和破坏模式。结果表明:单钢板混凝土组合结构靶板在局部冲击作用下的破坏模式主要为鼓曲和贯穿,且随着入射弹体动能的增加呈现更明显的局部破坏现象。影响单元板件破坏模式的主要因素是板厚,其次是冲击速度。应用拉筋端锚型搭接式构造,更有利于冲击区域内板件变形以及冲击区域附近动力响应峰值的控制。
单钢板混凝土组合结构是在钢结构与混凝土结构的基础上发展出来的一种结构形式,与普通钢筋混凝土结构相比,具有承载能力高、密闭性好、抗冲击爆炸性能好等特点,在核电结构安全壳和楼面板等领域具有良好的应用前景。然而,现阶段单钢板混凝土结构体系拉筋的连接型式尚不明确,不同型式拉筋的抗冲击性能也缺乏研究。为研究实际工程中不同构造形式对拉筋破坏机理和抗冲击能力的影响,设计了缩尺比为1∶20和1∶10的单钢板混凝土靶板,采用3种拉筋连接型式,针对不同的拉筋构造开展动力冲击试验,揭示不同拉筋构造在动力冲击荷载作用下的受力机制和破坏模式。结果表明:单钢板混凝土组合结构靶板在局部冲击作用下的破坏模式主要为鼓曲和贯穿,且随着入射弹体动能的增加呈现更明显的局部破坏现象。影响单元板件破坏模式的主要因素是板厚,其次是冲击速度。应用拉筋端锚型搭接式构造,更有利于冲击区域内板件变形以及冲击区域附近动力响应峰值的控制。
2024, 54(8): 28-43.
doi: 10.3724/j.gyjzG24032714
摘要:
通过LS-DYNA有限元模拟软件对抗爆间室在超过100 kg TNT当量爆炸下的冲击波传播规律和结构损伤进行了研究。分析了水平和竖直截面的空气压力分布及超压峰值变化,探讨了冲击波的传播规律,并研究了不同参数对抗爆间室破坏模式的影响。提出基于支座转角的三个损伤指标:λ(顶盖弯曲弦长与顶盖长度之比)、η(墙板脱落面积与表面积之比)、μ(顶盖弯曲曲率半径与半跨之比)评估损伤程度。结果表明:后墙区域峰值超压远大于泄爆面区域;增加墙板厚度和混凝土强度可将破坏模式由剪切破坏转为弯曲破坏,配筋率和钢筋屈服强度对破坏模式影响不大,但可增强抗剪和抗弯能力。设计建议包括墙板厚度不小于300 mm,混凝土强度为C30~C40,钢筋屈服强度为235~400 MPa。根据损伤结果,抗爆间室内的试验台位置应满足"位于抗爆间室泄爆面与中间面之间的区域"这一构造要求。
通过LS-DYNA有限元模拟软件对抗爆间室在超过100 kg TNT当量爆炸下的冲击波传播规律和结构损伤进行了研究。分析了水平和竖直截面的空气压力分布及超压峰值变化,探讨了冲击波的传播规律,并研究了不同参数对抗爆间室破坏模式的影响。提出基于支座转角的三个损伤指标:λ(顶盖弯曲弦长与顶盖长度之比)、η(墙板脱落面积与表面积之比)、μ(顶盖弯曲曲率半径与半跨之比)评估损伤程度。结果表明:后墙区域峰值超压远大于泄爆面区域;增加墙板厚度和混凝土强度可将破坏模式由剪切破坏转为弯曲破坏,配筋率和钢筋屈服强度对破坏模式影响不大,但可增强抗剪和抗弯能力。设计建议包括墙板厚度不小于300 mm,混凝土强度为C30~C40,钢筋屈服强度为235~400 MPa。根据损伤结果,抗爆间室内的试验台位置应满足"位于抗爆间室泄爆面与中间面之间的区域"这一构造要求。
2024, 54(8): 44-53.
doi: 10.3724/j.gyjzG24022208
摘要:
创新全装配式大跨度预应力钢结构体系是其智能建造的基础,构建了预应力-高强度螺栓连接节点,研究了关键参数对节点性能的影响规律。采用ABAQUS有限元软件建立节点有限元模型,通过将试验结果与节点抗弯性能数值模拟结果进行对比分析,验证了节点模型的准确性与可靠性。在此基础上,设计54组节点算例对影响节点抗拉/压性能的各因素开展了参数化分析,提出了节点抗拉/压设计方法。结果表明:增加圆盘厚度可显著提高节点的抗拉/压性能;降低开孔角钢厚度可适当提高节点抗拉屈服荷载,但降低了节点抗压极限荷载;节点抗拉/压极限荷载均随开孔十字板厚度增加而提高;套筒高度变化对节点抗拉/压性能影响均较小;增加初始预紧力可提高节点初始抗拉刚度,但降低了其初始抗压刚度。
创新全装配式大跨度预应力钢结构体系是其智能建造的基础,构建了预应力-高强度螺栓连接节点,研究了关键参数对节点性能的影响规律。采用ABAQUS有限元软件建立节点有限元模型,通过将试验结果与节点抗弯性能数值模拟结果进行对比分析,验证了节点模型的准确性与可靠性。在此基础上,设计54组节点算例对影响节点抗拉/压性能的各因素开展了参数化分析,提出了节点抗拉/压设计方法。结果表明:增加圆盘厚度可显著提高节点的抗拉/压性能;降低开孔角钢厚度可适当提高节点抗拉屈服荷载,但降低了节点抗压极限荷载;节点抗拉/压极限荷载均随开孔十字板厚度增加而提高;套筒高度变化对节点抗拉/压性能影响均较小;增加初始预紧力可提高节点初始抗拉刚度,但降低了其初始抗压刚度。
2024, 54(8): 54-61.
doi: 10.3724/j.gyjzG24031604
摘要:
模块化装配式网壳结构具有施工效率高、节点质量好等优点,其具有广泛的应用前景。基于机器学习方法,建立了新型法兰节点模块化装配式网壳结构的稳定承载力智能化预测模型。首先,针对影响稳定极限承载力的一系列参数,分析了864个模块化装配式网壳的有限元模型,从而生成机器学习算法所需的数据库。其次,基于开源平台Scikit-learn建立了6种机器学习算法模型,使用生成的数据库对所有算法模型进行训练和测试,并且对深度神经网络模型(ANN)、XGBoost和梯度增强算法模型进行了过拟合检验,对ANN模型进行了鲁棒性和可靠性检验。结果表明,在测试集中ANN、XGBoost和梯度增强算法模型预测极限承载力的决定系数(R2)均大于0.95,预测稳定承载力的精度很高。采用ANN模型预测稳定承载力的鲁棒性和精度均最好,平均绝对百分比误差(MAPE)为7.1%,R2为0.982,具有很高的预测准确性和泛化能力,能够很好地捕捉稳定承载力和输入参数之间的复杂映射关系。
模块化装配式网壳结构具有施工效率高、节点质量好等优点,其具有广泛的应用前景。基于机器学习方法,建立了新型法兰节点模块化装配式网壳结构的稳定承载力智能化预测模型。首先,针对影响稳定极限承载力的一系列参数,分析了864个模块化装配式网壳的有限元模型,从而生成机器学习算法所需的数据库。其次,基于开源平台Scikit-learn建立了6种机器学习算法模型,使用生成的数据库对所有算法模型进行训练和测试,并且对深度神经网络模型(ANN)、XGBoost和梯度增强算法模型进行了过拟合检验,对ANN模型进行了鲁棒性和可靠性检验。结果表明,在测试集中ANN、XGBoost和梯度增强算法模型预测极限承载力的决定系数(R2)均大于0.95,预测稳定承载力的精度很高。采用ANN模型预测稳定承载力的鲁棒性和精度均最好,平均绝对百分比误差(MAPE)为7.1%,R2为0.982,具有很高的预测准确性和泛化能力,能够很好地捕捉稳定承载力和输入参数之间的复杂映射关系。
2024, 54(8): 62-69.
doi: 10.3724/j.gyjzG24022007
摘要:
对装配式Z形钢结构梁柱连接节点进行了单调和往复循环加载试验及有限元分析,以研究其力学性能。对不同连接强度设计下的Z形节点,分别进行了转动刚度、破坏模式、承载能力、滞回性能、耗能能力和刚度退化等研究。结果表明:装配式Z形钢结构梁柱连接节点具有良好的延性且能够做到塑性铰外移。节点连接强度可显著影响其滞回性能和塑性抗弯能力;较低的强度设计系数(0.2~0.9)使节点破坏模式为螺栓率先发生破坏,其滑移失效承载力和极限承载力与强度设计系数基本呈线性正相关,且节点转动性能表现为半刚性;节点强度设计系数较高时(0.9~1.3),其滑移失效承载力和极限承载力基本保持不变,节点破坏模式转变为构件率先发生破坏,节点抗弯性能表现为刚性连接。此外,该节点构造形式下所需螺栓数量少,安装高效且经济性强,具有一定的工程应用价值。
对装配式Z形钢结构梁柱连接节点进行了单调和往复循环加载试验及有限元分析,以研究其力学性能。对不同连接强度设计下的Z形节点,分别进行了转动刚度、破坏模式、承载能力、滞回性能、耗能能力和刚度退化等研究。结果表明:装配式Z形钢结构梁柱连接节点具有良好的延性且能够做到塑性铰外移。节点连接强度可显著影响其滞回性能和塑性抗弯能力;较低的强度设计系数(0.2~0.9)使节点破坏模式为螺栓率先发生破坏,其滑移失效承载力和极限承载力与强度设计系数基本呈线性正相关,且节点转动性能表现为半刚性;节点强度设计系数较高时(0.9~1.3),其滑移失效承载力和极限承载力基本保持不变,节点破坏模式转变为构件率先发生破坏,节点抗弯性能表现为刚性连接。此外,该节点构造形式下所需螺栓数量少,安装高效且经济性强,具有一定的工程应用价值。
2024, 54(8): 70-77.
doi: 10.3724/j.gyjzG24050701
摘要:
为解决传统装配式钢框架结构残余变形较大,无法有效实现结构复位的问题,提出了一种带有自复位柱脚节点的新型钢框架结构,通过有限元软件ABAQUS对8个框架模型进行了静力分析,系统研究了狗骨削弱盖板厚度、初始索力、轴压比等参数对该新型框架承载性能的影响规律。结果表明:新型自复位框架与传统刚接柱脚钢框架相比,承载力相差在5%以内,残余变形减少50%以上。新型钢框架的承载能力主要受狗骨削弱盖板厚度、初始索力和柱顶轴力三部分影响,通过合理设置各参数,可以实现不同参数组合下,框架达到相同承载能力与复位效果。
为解决传统装配式钢框架结构残余变形较大,无法有效实现结构复位的问题,提出了一种带有自复位柱脚节点的新型钢框架结构,通过有限元软件ABAQUS对8个框架模型进行了静力分析,系统研究了狗骨削弱盖板厚度、初始索力、轴压比等参数对该新型框架承载性能的影响规律。结果表明:新型自复位框架与传统刚接柱脚钢框架相比,承载力相差在5%以内,残余变形减少50%以上。新型钢框架的承载能力主要受狗骨削弱盖板厚度、初始索力和柱顶轴力三部分影响,通过合理设置各参数,可以实现不同参数组合下,框架达到相同承载能力与复位效果。
2024, 54(8): 78-86.
doi: 10.3724/j.gyjzG24033103
摘要:
为研究深圳大运综合交通枢纽站房钢结构的圆主管倒梯形支管相贯节点的受力性能,对1个足尺寸节点试件开展了加载试验,并采用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,试验结果与数值模拟结果拟合较好,节点在设计荷载下处于弹性状态,2.3倍设计荷载下节点无法继续承载进而发生破坏。基于验证可靠的有限元模型,研究了相关参数对节点承载力的影响规律:增大支管上下翼缘宽度与主管外径之比、支管与主管轴线之间夹角可以提高节点承载力,此外提出了倒梯形截面支管相贯节点的承载力截面修正系数计算公式,为工程设计提供了依据。
为研究深圳大运综合交通枢纽站房钢结构的圆主管倒梯形支管相贯节点的受力性能,对1个足尺寸节点试件开展了加载试验,并采用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,试验结果与数值模拟结果拟合较好,节点在设计荷载下处于弹性状态,2.3倍设计荷载下节点无法继续承载进而发生破坏。基于验证可靠的有限元模型,研究了相关参数对节点承载力的影响规律:增大支管上下翼缘宽度与主管外径之比、支管与主管轴线之间夹角可以提高节点承载力,此外提出了倒梯形截面支管相贯节点的承载力截面修正系数计算公式,为工程设计提供了依据。
2024, 54(8): 87-95.
doi: 10.3724/j.gyjzG23110607
摘要:
为研究轧制型材组合异形柱在轴向荷载作用下的受力性能,采用ABAQUS软件平台建立不同构造、是否填充混凝土的组合异形柱短柱试件有限元模型。基于现有试验结果验证了建模方法的准确性,揭示了其在轴压荷载作用下的承载性能、破坏模式和受力机理,并分析了不同构造、是否填充混凝土对其轴压性能的影响规律。研究结果表明,轧制型材组合异形柱均为整体受压破坏,伴随钢管局部屈曲破坏;填充混凝土后能够明显改善组合异形柱的破坏模式,提高承载力;纯H型钢组合试件采用封口板形成闭口截面后承载力提升显著。采用现有标准/规范对轧制型材组合异形柱的承载力进行计算,相对差值在11%以内,计算值与模拟值吻合较好,计算值能够较好预测轧制型材组合异形柱短柱的轴压承载力。
为研究轧制型材组合异形柱在轴向荷载作用下的受力性能,采用ABAQUS软件平台建立不同构造、是否填充混凝土的组合异形柱短柱试件有限元模型。基于现有试验结果验证了建模方法的准确性,揭示了其在轴压荷载作用下的承载性能、破坏模式和受力机理,并分析了不同构造、是否填充混凝土对其轴压性能的影响规律。研究结果表明,轧制型材组合异形柱均为整体受压破坏,伴随钢管局部屈曲破坏;填充混凝土后能够明显改善组合异形柱的破坏模式,提高承载力;纯H型钢组合试件采用封口板形成闭口截面后承载力提升显著。采用现有标准/规范对轧制型材组合异形柱的承载力进行计算,相对差值在11%以内,计算值与模拟值吻合较好,计算值能够较好预测轧制型材组合异形柱短柱的轴压承载力。
2024, 54(8): 96-103.
doi: 10.3724/j.gyjzG24021904
摘要:
为研究工业环境SO2腐蚀混凝土的应力-应变特征,揭示SO2腐蚀混凝土力学性能损伤规律,开展了工业SO2环境混凝土腐蚀试验,分析了水胶比(0.37、0.47、0.57)、粉煤灰掺量(0%、10%、20%)和不同腐蚀循环次数对混凝土损伤层厚度、应力-应变曲线、峰值应力、峰值应变及弹性模量的影响。基于损伤力学理论,建立工业环境SO2腐蚀混凝土单轴压缩损伤本构模型。结果表明:混凝土损伤层厚度随着SO2循环次数的增加而增大,变化规律符合指数函数关系;SO2腐蚀后混凝土试件的峰值应力下降,峰值应变增加,弹性模量下降,曲线下降段变陡峭,变形能力降低,表现出明显脆性破坏特征。掺加粉煤灰可以减缓SO2腐蚀损伤速率,提高混凝土抵抗SO2腐蚀的能力。
为研究工业环境SO2腐蚀混凝土的应力-应变特征,揭示SO2腐蚀混凝土力学性能损伤规律,开展了工业SO2环境混凝土腐蚀试验,分析了水胶比(0.37、0.47、0.57)、粉煤灰掺量(0%、10%、20%)和不同腐蚀循环次数对混凝土损伤层厚度、应力-应变曲线、峰值应力、峰值应变及弹性模量的影响。基于损伤力学理论,建立工业环境SO2腐蚀混凝土单轴压缩损伤本构模型。结果表明:混凝土损伤层厚度随着SO2循环次数的增加而增大,变化规律符合指数函数关系;SO2腐蚀后混凝土试件的峰值应力下降,峰值应变增加,弹性模量下降,曲线下降段变陡峭,变形能力降低,表现出明显脆性破坏特征。掺加粉煤灰可以减缓SO2腐蚀损伤速率,提高混凝土抵抗SO2腐蚀的能力。
2024, 54(8): 104-113.
doi: 10.3724/j.gyjzG24042605
摘要:
再生骨料混凝土结构的应用对推动建筑行业的绿色高质量发展具有举足轻重的现实价值,这一领域在过去的几十年间已引起了学术界与工程界的广泛关注。系统地梳理了钢筋-再生骨料混凝土黏结性能、再生骨料混凝土梁构件受弯和受剪性能、再生骨料混凝土柱构件受压和抗震性能等方面的研究进展,并总结了当前科学研究及标准制定过程中的不足之处。分析表明:尽管再生骨料混凝土结构构件的短期力学性能相较于普通混凝土结构构件有所削弱,但通过配合比及施工工艺优化等措施,其性能可接近甚至优于普通混凝土结构构件,基本符合混凝土结构设计的规范要求。然而,当前的再生骨料混凝土结构构件研究主要聚焦于纯废弃混凝土制成的再生混凝土骨料,对于砖混结构拆除固废的结构化利用稍显欠缺。除了短期力学性能,再生骨料混凝土结构构件长期服役性能的稳定性和可靠性亦不容忽视,相关研究亟待深入开展。复合胶凝材料体系有望进一步改善再生骨料混凝土的材料性能、经济性和可持续性,但现有研究多局限于材料层面,缺乏对复合胶凝材料-再生骨料混凝土结构的系统性研究。因此,未来应进一步拓展研究视野,深入评估再生骨料混凝土结构的综合性能,以推动其在建筑行业的广泛应用。
再生骨料混凝土结构的应用对推动建筑行业的绿色高质量发展具有举足轻重的现实价值,这一领域在过去的几十年间已引起了学术界与工程界的广泛关注。系统地梳理了钢筋-再生骨料混凝土黏结性能、再生骨料混凝土梁构件受弯和受剪性能、再生骨料混凝土柱构件受压和抗震性能等方面的研究进展,并总结了当前科学研究及标准制定过程中的不足之处。分析表明:尽管再生骨料混凝土结构构件的短期力学性能相较于普通混凝土结构构件有所削弱,但通过配合比及施工工艺优化等措施,其性能可接近甚至优于普通混凝土结构构件,基本符合混凝土结构设计的规范要求。然而,当前的再生骨料混凝土结构构件研究主要聚焦于纯废弃混凝土制成的再生混凝土骨料,对于砖混结构拆除固废的结构化利用稍显欠缺。除了短期力学性能,再生骨料混凝土结构构件长期服役性能的稳定性和可靠性亦不容忽视,相关研究亟待深入开展。复合胶凝材料体系有望进一步改善再生骨料混凝土的材料性能、经济性和可持续性,但现有研究多局限于材料层面,缺乏对复合胶凝材料-再生骨料混凝土结构的系统性研究。因此,未来应进一步拓展研究视野,深入评估再生骨料混凝土结构的综合性能,以推动其在建筑行业的广泛应用。
2024, 54(8): 114-125.
doi: 10.3724/j.gyjzG24042606
摘要:
除了关注再生骨料混凝土结构的短期力学性能外,其长期服役性能的稳定性和可靠性同样值得重点关注,这直接关系到结构体系的长期安全稳定。系统地梳理了再生骨料混凝土内钢筋锈蚀、混凝土锈胀开裂、锈蚀钢筋与混凝土之间的黏结性能,以及再生骨料混凝土梁、柱构件长期服役性能等方面的研究进展,并指出了当前科学研究及标准制定过程中的不足之处。分析表明:尽管通过配合比及施工工艺优化等措施促使再生骨料混凝土结构构件的短期力学性能已经与普通混凝土结构构件相差无几,但前者的长期服役性能会出现显著削弱,尤其是在氯盐侵蚀和荷载损伤共同作用的服役环境下。再生骨料取代率对混凝土结构构件长期服役性能的影响不可忽略,因此在进行再生骨料混凝土结构耐久性设计时,必须给予特别考虑。鉴于此,开展再生骨料混凝土结构构件长期服役性能的追踪研究显得尤为必要。通过深入探究其长期服役性能的劣化机理,为再生骨料混凝土结构的标准修订及应用推广提供更为丰富的数据支撑和理论参考,从而实现建筑行业的低碳可持续发展。
除了关注再生骨料混凝土结构的短期力学性能外,其长期服役性能的稳定性和可靠性同样值得重点关注,这直接关系到结构体系的长期安全稳定。系统地梳理了再生骨料混凝土内钢筋锈蚀、混凝土锈胀开裂、锈蚀钢筋与混凝土之间的黏结性能,以及再生骨料混凝土梁、柱构件长期服役性能等方面的研究进展,并指出了当前科学研究及标准制定过程中的不足之处。分析表明:尽管通过配合比及施工工艺优化等措施促使再生骨料混凝土结构构件的短期力学性能已经与普通混凝土结构构件相差无几,但前者的长期服役性能会出现显著削弱,尤其是在氯盐侵蚀和荷载损伤共同作用的服役环境下。再生骨料取代率对混凝土结构构件长期服役性能的影响不可忽略,因此在进行再生骨料混凝土结构耐久性设计时,必须给予特别考虑。鉴于此,开展再生骨料混凝土结构构件长期服役性能的追踪研究显得尤为必要。通过深入探究其长期服役性能的劣化机理,为再生骨料混凝土结构的标准修订及应用推广提供更为丰富的数据支撑和理论参考,从而实现建筑行业的低碳可持续发展。
2024, 54(8): 126-132.
doi: 10.3724/j.gyjzG24061802
摘要:
裂缝是混凝土结构中常见的表观损伤之一,对结构性能的评估具有重要的意义。利用计算机视觉技术对混凝土结构表面进行裂缝识别与量化已得到广泛研究,然而,基于深度学习的裂缝识别技术依赖于大规模的裂缝数据集进行训练。为此,提出基于风格迁移网络的数据增广方法,利用少量裂缝数据和各种背景图像数据,构建大规模的、复杂背景的裂缝数据集,并通过训练YoloV8网络模型实现裂缝的识别与分割,并根据裂缝特性,对识别结果中的孤立、微小区域进行滤除。在此基础上,基于已知参考标志物进行裂缝宽度量化分析,试验结果表明裂缝宽度计算误差基本控制在20%以内。
裂缝是混凝土结构中常见的表观损伤之一,对结构性能的评估具有重要的意义。利用计算机视觉技术对混凝土结构表面进行裂缝识别与量化已得到广泛研究,然而,基于深度学习的裂缝识别技术依赖于大规模的裂缝数据集进行训练。为此,提出基于风格迁移网络的数据增广方法,利用少量裂缝数据和各种背景图像数据,构建大规模的、复杂背景的裂缝数据集,并通过训练YoloV8网络模型实现裂缝的识别与分割,并根据裂缝特性,对识别结果中的孤立、微小区域进行滤除。在此基础上,基于已知参考标志物进行裂缝宽度量化分析,试验结果表明裂缝宽度计算误差基本控制在20%以内。
2024, 54(8): 133-139.
doi: 10.3724/j.gyjzG23062009
摘要:
针对钢结构表面锈蚀损伤,传统的人工检测方法耗时、费力,且受检测人员技术水平限制。计算机视觉技术为钢结构表面锈蚀的检测和分类提供了一种快速准确的替代方法。目前常用的锈蚀程度检测技术多基于卷积神经网络结构,由于网络结构自身的缺陷,在进行锈蚀程度分类时存在忽略图像中部分锈蚀特征的问题,导致错误的检测结果。为此,提出了一种基于Vision Transformer网络结构的钢结构表面锈蚀程度识别方法,通过引入自注意力机制(SA)在进行特征提取的过程中保证数据的完整性,并在自建的锈蚀程度图像数据集上进行验证,该方法对锈蚀程度的分类准确率可达到90%。此外,还提出一种基于滑动窗口法的钢结构表面锈蚀程度检测方法,对待检测的钢结构图像进行切割,利用训练好的网络结构进行锈蚀程度检测,将检测后的图像重新拼接,实现钢结构表面锈蚀程度的可视化。
针对钢结构表面锈蚀损伤,传统的人工检测方法耗时、费力,且受检测人员技术水平限制。计算机视觉技术为钢结构表面锈蚀的检测和分类提供了一种快速准确的替代方法。目前常用的锈蚀程度检测技术多基于卷积神经网络结构,由于网络结构自身的缺陷,在进行锈蚀程度分类时存在忽略图像中部分锈蚀特征的问题,导致错误的检测结果。为此,提出了一种基于Vision Transformer网络结构的钢结构表面锈蚀程度识别方法,通过引入自注意力机制(SA)在进行特征提取的过程中保证数据的完整性,并在自建的锈蚀程度图像数据集上进行验证,该方法对锈蚀程度的分类准确率可达到90%。此外,还提出一种基于滑动窗口法的钢结构表面锈蚀程度检测方法,对待检测的钢结构图像进行切割,利用训练好的网络结构进行锈蚀程度检测,将检测后的图像重新拼接,实现钢结构表面锈蚀程度的可视化。
2024, 54(8): 140-148.
doi: 10.3724/j.gyjzG24042902
摘要:
钢结构装配式建筑须在工厂预先制作构件,该阶段介于上游粗钢生产和下游建筑现场施工之间,目前缺乏相关碳排放基础性研究。现有研究多基于投入-产出法得出吨钢平均碳排放因子参数,忽视了不同产品之间的差异,且无法呈现碳排放来源。本研究提出基于工序的钢结构装配式产品加工碳排放精细化计测方法,针对钢构件制作主要工序,在天津一家年产16万t钢构件加工工厂,选择代表性机器进行钢结构装配式产品制作阶段加工工序碳排放测试,获得各工序单位加工工作所产生的碳排放参数,并以线性函数拟合功能单元(FU)加工工作量和碳排放关系。分析表明:对于下料、组立、装配、矫正工序,当分别采用切面面积、构件长度、焊缝质量、构件长度作为FU时,所得拟合函数决定系数R2均大于0.9。
钢结构装配式建筑须在工厂预先制作构件,该阶段介于上游粗钢生产和下游建筑现场施工之间,目前缺乏相关碳排放基础性研究。现有研究多基于投入-产出法得出吨钢平均碳排放因子参数,忽视了不同产品之间的差异,且无法呈现碳排放来源。本研究提出基于工序的钢结构装配式产品加工碳排放精细化计测方法,针对钢构件制作主要工序,在天津一家年产16万t钢构件加工工厂,选择代表性机器进行钢结构装配式产品制作阶段加工工序碳排放测试,获得各工序单位加工工作所产生的碳排放参数,并以线性函数拟合功能单元(FU)加工工作量和碳排放关系。分析表明:对于下料、组立、装配、矫正工序,当分别采用切面面积、构件长度、焊缝质量、构件长度作为FU时,所得拟合函数决定系数R2均大于0.9。
2024, 54(8): 149-156.
doi: 10.3724/j.gyjzG23051713
摘要:
以山东临沂翔宇旅游观光打卡地的拱门、天廊工程为背景,对大矢跨比交叉钢拱-百米天廊复合结构体系进行了分析设计。介绍了其工程概况,论述了该体系的结构特点,阐述了结构体系中天廊、拱门、天桥设计的核心内容,提出了大矢跨比交叉钢拱支承的结构形式,指出了天廊采用弱连接的设计特点,明确了天廊和天桥采用TMD装置对行走荷载激励下的振动进行控制。利用ANSYS有限元软件对大矢跨比交叉钢拱-百米天廊复合结构的受力特性进行分析,结果表明结构性能安全可靠,各项指标符合设计规范要求。最后提出了该体系需要进一步研究的关键技术课题。
以山东临沂翔宇旅游观光打卡地的拱门、天廊工程为背景,对大矢跨比交叉钢拱-百米天廊复合结构体系进行了分析设计。介绍了其工程概况,论述了该体系的结构特点,阐述了结构体系中天廊、拱门、天桥设计的核心内容,提出了大矢跨比交叉钢拱支承的结构形式,指出了天廊采用弱连接的设计特点,明确了天廊和天桥采用TMD装置对行走荷载激励下的振动进行控制。利用ANSYS有限元软件对大矢跨比交叉钢拱-百米天廊复合结构的受力特性进行分析,结果表明结构性能安全可靠,各项指标符合设计规范要求。最后提出了该体系需要进一步研究的关键技术课题。
2024, 54(8): 157-162.
doi: 10.3724/j.gyjzG24040913
摘要:
对预应力构件施加作用力时,由于预应力筋往往是曲线布置,同时预应力筋与波纹管之间存在摩擦,使得预应力筋的拉力T会发生变化,同时预应力筋曲率的存在,会在曲线法向方向产生法向压力P,法向压力产生摩擦力F。拉力T、法向压力P、摩擦力F都会在混凝土内产生内应力。对于某些特殊形式的结构,内应力只是直接与法向压力P有关,只有得到法向力才能准确计算结构应力。拉力T目前已有准确的计算方法,法向压力P、摩擦力F可以有微分解,但工程上却无法使用。针对预应力设计中张拉力的计算需求,根据牛顿力的平衡定律,使用差分形式,借助于迭代方法,提出了一种快捷准确的张拉作用力计算方法,推导了同步计算张拉力T、摩擦力F和法向压力P的一般性的差分计算方程组,使用该方程组可计算各种复杂预应力构件的作用力,为预应力构件设计提供强大的计算工具。
对预应力构件施加作用力时,由于预应力筋往往是曲线布置,同时预应力筋与波纹管之间存在摩擦,使得预应力筋的拉力T会发生变化,同时预应力筋曲率的存在,会在曲线法向方向产生法向压力P,法向压力产生摩擦力F。拉力T、法向压力P、摩擦力F都会在混凝土内产生内应力。对于某些特殊形式的结构,内应力只是直接与法向压力P有关,只有得到法向力才能准确计算结构应力。拉力T目前已有准确的计算方法,法向压力P、摩擦力F可以有微分解,但工程上却无法使用。针对预应力设计中张拉力的计算需求,根据牛顿力的平衡定律,使用差分形式,借助于迭代方法,提出了一种快捷准确的张拉作用力计算方法,推导了同步计算张拉力T、摩擦力F和法向压力P的一般性的差分计算方程组,使用该方程组可计算各种复杂预应力构件的作用力,为预应力构件设计提供强大的计算工具。
