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2024年 第54卷 第12期
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2024, 54(12): 1-9.
doi: 10.3724/j.gyjzG24042402
摘要:
为了研究回火处理对不同显微组织高强度耐候桥梁钢组织演变与力学性能的影响,设计不同轧后冷却返红温度,分别获得以板条状贝氏体(Q470钢)及粒状贝氏体(Q550钢)为主的试验钢。利用物理化学相分析法、X射线衍射仪及万能试验机等表征不同温度回火状态下试验钢显微组织与力学性能演变。结果显示:热轧状态下,Q470钢屈服强度及-40 ℃冲击功均高于Q550钢;回火处理后,Q470钢屈服强度随着回火温度的增加先降低后升高 (665~705 MPa),低温冲击功由300 J逐渐下降至220 J;Q550钢屈服强度随着回火温度的增加逐渐升高 (500~650 MPa),低温冲击功未发生明显变化 (210~230 J)。试验钢的主要强化机制是位错强化和细晶强化。500~650 ℃高温回火中Nb析出强化随温度提升逐渐增强,弥补了位错密度下降带来的强度损失,是试验钢屈服强度提升的主要原因。
为了研究回火处理对不同显微组织高强度耐候桥梁钢组织演变与力学性能的影响,设计不同轧后冷却返红温度,分别获得以板条状贝氏体(Q470钢)及粒状贝氏体(Q550钢)为主的试验钢。利用物理化学相分析法、X射线衍射仪及万能试验机等表征不同温度回火状态下试验钢显微组织与力学性能演变。结果显示:热轧状态下,Q470钢屈服强度及-40 ℃冲击功均高于Q550钢;回火处理后,Q470钢屈服强度随着回火温度的增加先降低后升高 (665~705 MPa),低温冲击功由300 J逐渐下降至220 J;Q550钢屈服强度随着回火温度的增加逐渐升高 (500~650 MPa),低温冲击功未发生明显变化 (210~230 J)。试验钢的主要强化机制是位错强化和细晶强化。500~650 ℃高温回火中Nb析出强化随温度提升逐渐增强,弥补了位错密度下降带来的强度损失,是试验钢屈服强度提升的主要原因。
2024, 54(12): 10-17.
doi: 10.3724/j.gyjzG24013003
摘要:
针对高原复杂环境桥梁建设工程,开发屈服强度500 MPa级别的高抗冲击、韧脆转变温度低的耐候桥梁钢。研究了轧制后终冷温度对试验钢的微观组织和力学性能的影响,深入分析了低温对试验钢冲击韧性的影响。结果表明:经控轧控冷(TMCP)处理后试验钢满足Q500级桥梁钢的力学性能要求,且在-40~-80 ℃的低温环境下,两种不同终冷温度(500、550 ℃)的试验钢均表现出良好的冲击性能。但随终冷温度的升高,试验钢晶粒尺寸增加;马氏体/奥氏体(M/A)岛尺寸增加、形态改变;大角度晶界比例降低是造成两种试验钢冲击性能差异的主要原因。
针对高原复杂环境桥梁建设工程,开发屈服强度500 MPa级别的高抗冲击、韧脆转变温度低的耐候桥梁钢。研究了轧制后终冷温度对试验钢的微观组织和力学性能的影响,深入分析了低温对试验钢冲击韧性的影响。结果表明:经控轧控冷(TMCP)处理后试验钢满足Q500级桥梁钢的力学性能要求,且在-40~-80 ℃的低温环境下,两种不同终冷温度(500、550 ℃)的试验钢均表现出良好的冲击性能。但随终冷温度的升高,试验钢晶粒尺寸增加;马氏体/奥氏体(M/A)岛尺寸增加、形态改变;大角度晶界比例降低是造成两种试验钢冲击性能差异的主要原因。
2024, 54(12): 18-25.
doi: 10.3724/j.gyjzG24042401
摘要:
为探究桥梁钢材质、热轧工艺等对桥梁结构用不锈钢复合板界面特征的影响,利用Gleeble-1500D热模拟机分别开展屈服强度420 MPa级 (Q420qENH)、500 MPa级 (Q500qENH) 耐候桥梁钢与316L不锈钢模拟热轧复合,获得316L+Q420qENH复合钢和316L+Q500qENH复合钢。结果显示,相同工艺条件下,相较316L+Q420qENH复合钢,316L+Q500qENH复合钢界面耐候钢一侧铁素体层更窄,界面剪切强度较高 (大于420 MPa)。相同材质条件下(316L+Q420qENH复合钢),轧后冷却速度0.25~1 ℃/s范围内,随着冷却速度的增加,界面处元素扩散程度降低,界面剪强度逐渐下降。轧后冷却速度1~10 ℃/s范围内,随着冷却速度的增加,靠近界面处,基层铁素体含量下降,且显微组织逐渐细化,界面剪强度逐渐上升。316L+Q420qENH复合钢轧后冷却速度为10 ℃/s时,界面剪切强度最高,达到422 MPa。总的来看,对于耐候桥梁钢与不锈钢复合试样,界面处铁素体含量减少、显微组织细化以及元素扩散程度增加等均有利于提升界面抗剪能力。
为探究桥梁钢材质、热轧工艺等对桥梁结构用不锈钢复合板界面特征的影响,利用Gleeble-1500D热模拟机分别开展屈服强度420 MPa级 (Q420qENH)、500 MPa级 (Q500qENH) 耐候桥梁钢与316L不锈钢模拟热轧复合,获得316L+Q420qENH复合钢和316L+Q500qENH复合钢。结果显示,相同工艺条件下,相较316L+Q420qENH复合钢,316L+Q500qENH复合钢界面耐候钢一侧铁素体层更窄,界面剪切强度较高 (大于420 MPa)。相同材质条件下(316L+Q420qENH复合钢),轧后冷却速度0.25~1 ℃/s范围内,随着冷却速度的增加,界面处元素扩散程度降低,界面剪强度逐渐下降。轧后冷却速度1~10 ℃/s范围内,随着冷却速度的增加,靠近界面处,基层铁素体含量下降,且显微组织逐渐细化,界面剪强度逐渐上升。316L+Q420qENH复合钢轧后冷却速度为10 ℃/s时,界面剪切强度最高,达到422 MPa。总的来看,对于耐候桥梁钢与不锈钢复合试样,界面处铁素体含量减少、显微组织细化以及元素扩散程度增加等均有利于提升界面抗剪能力。
2024, 54(12): 26-34.
doi: 10.3724/j.gyjzG24062601
摘要:
针对高原复杂环境下高性能桥梁钢的需求,完成了Q500qENH、Q550qENH桥梁钢板匹配焊条的研发,并对其性能进行了研究。设计了6种不同成分焊条,对焊缝金属组织和冲击断口形貌进行了分析,探讨了熔敷金属化学成分对组织和性能的影响。焊道内组织分为柱状晶区、再热粗晶区与再热细晶区三个部分,其主要组织为针状铁素体、先共析铁素体、无碳贝氏体、块状铁素体及少量粒状贝氏体。冲击试样纤维区为均匀的韧窝,断口晶状区为准解理河流状花样以及少量韧窝。研究结果表明,针状铁素体对熔敷金属低温韧性有积极作用,3号针状铁素体占比最高,其低温冲击韧性最好。Mn、Si含量的升高,使先共析铁素体、无碳贝氏体占比增加,对低温韧性有不利影响。Ni元素可一定程度增加针状铁素体组织占比,对低温韧性有积极作用。所研制焊条与相应钢板匹配良好,满足耐候指数I≥6.5,-40 ℃冲击功≥60 J,A≥17%的任务要求。
针对高原复杂环境下高性能桥梁钢的需求,完成了Q500qENH、Q550qENH桥梁钢板匹配焊条的研发,并对其性能进行了研究。设计了6种不同成分焊条,对焊缝金属组织和冲击断口形貌进行了分析,探讨了熔敷金属化学成分对组织和性能的影响。焊道内组织分为柱状晶区、再热粗晶区与再热细晶区三个部分,其主要组织为针状铁素体、先共析铁素体、无碳贝氏体、块状铁素体及少量粒状贝氏体。冲击试样纤维区为均匀的韧窝,断口晶状区为准解理河流状花样以及少量韧窝。研究结果表明,针状铁素体对熔敷金属低温韧性有积极作用,3号针状铁素体占比最高,其低温冲击韧性最好。Mn、Si含量的升高,使先共析铁素体、无碳贝氏体占比增加,对低温韧性有不利影响。Ni元素可一定程度增加针状铁素体组织占比,对低温韧性有积极作用。所研制焊条与相应钢板匹配良好,满足耐候指数I≥6.5,-40 ℃冲击功≥60 J,A≥17%的任务要求。
2024, 54(12): 35-41.
doi: 10.3724/j.gyjzG24012902
摘要:
通过周期浸润腐蚀试验研究了550 MPa级耐候桥梁钢在模拟工业大气环境下的腐蚀行为,结合扫描电子显微镜、X射线衍射和电子探针等测试方法对锈层微观形貌特征、腐蚀产物物相组成、锈层截面形貌以及元素分布规律进行了观察和分析,并讨论了高强耐候桥梁钢的耐大气腐蚀机理。结果表明:在模拟工业大气环境下,Q550qENH-A钢和Q550qENH-B钢的腐蚀失重率随腐蚀时间的延长呈现初期快速下降、后期趋于平稳的趋势,并且两种耐候钢的耐腐蚀性能均优于Q345B。Cr和Ni元素在两种耐候钢的锈层中发生富集,促进了α-FeOOH腐蚀产物的生成,提高了锈层结构的稳定性和致密性,锈层对腐蚀介质的阻碍作用得到增强,因此表现出优异的耐大气腐蚀性能。
通过周期浸润腐蚀试验研究了550 MPa级耐候桥梁钢在模拟工业大气环境下的腐蚀行为,结合扫描电子显微镜、X射线衍射和电子探针等测试方法对锈层微观形貌特征、腐蚀产物物相组成、锈层截面形貌以及元素分布规律进行了观察和分析,并讨论了高强耐候桥梁钢的耐大气腐蚀机理。结果表明:在模拟工业大气环境下,Q550qENH-A钢和Q550qENH-B钢的腐蚀失重率随腐蚀时间的延长呈现初期快速下降、后期趋于平稳的趋势,并且两种耐候钢的耐腐蚀性能均优于Q345B。Cr和Ni元素在两种耐候钢的锈层中发生富集,促进了α-FeOOH腐蚀产物的生成,提高了锈层结构的稳定性和致密性,锈层对腐蚀介质的阻碍作用得到增强,因此表现出优异的耐大气腐蚀性能。
2024, 54(12): 42-48.
doi: 10.3724/j.gyjzG24030501
摘要:
钢连接结构在长期服役过程中面临着严重腐蚀失效问题,缝隙腐蚀对连接结构抗剪承载力具有显著影响。对6个由Q355GNH耐候钢板和6个由Q355B普通钢板组成的高强度螺栓连接件开展乙酸盐雾加速腐蚀试验,将在腐蚀过程中清理连接板件摩擦面缝隙侧面处锈层与保留此处锈层获得的腐蚀连接件进行了对比分析,研究了连接件摩擦面的缝隙腐蚀行为及其对抗剪承载力的影响规律。结果表明:连接件摩擦面缝隙腐蚀产生的黑色腐蚀产物的增加可使抗滑移系数μ增大;耐候钢试件摩擦面缝隙侧面处的致密锈层阻滞氧气促进低氧缝隙腐蚀,去除此处锈层的试件摩擦面黑锈减少,平均滑移荷载下降了29.2%;普通钢试件摩擦面缝隙腐蚀黑色产物均较多,且清理摩擦面缝隙侧面处锈层的普通钢试件相较于不清理此处锈层试件的平均滑移荷载存在提高;缝隙腐蚀通过改变螺栓连接件摩擦面粗糙度减缓了由预紧力损失引起的螺栓连接件抗滑移承载能力的下降。
钢连接结构在长期服役过程中面临着严重腐蚀失效问题,缝隙腐蚀对连接结构抗剪承载力具有显著影响。对6个由Q355GNH耐候钢板和6个由Q355B普通钢板组成的高强度螺栓连接件开展乙酸盐雾加速腐蚀试验,将在腐蚀过程中清理连接板件摩擦面缝隙侧面处锈层与保留此处锈层获得的腐蚀连接件进行了对比分析,研究了连接件摩擦面的缝隙腐蚀行为及其对抗剪承载力的影响规律。结果表明:连接件摩擦面缝隙腐蚀产生的黑色腐蚀产物的增加可使抗滑移系数μ增大;耐候钢试件摩擦面缝隙侧面处的致密锈层阻滞氧气促进低氧缝隙腐蚀,去除此处锈层的试件摩擦面黑锈减少,平均滑移荷载下降了29.2%;普通钢试件摩擦面缝隙腐蚀黑色产物均较多,且清理摩擦面缝隙侧面处锈层的普通钢试件相较于不清理此处锈层试件的平均滑移荷载存在提高;缝隙腐蚀通过改变螺栓连接件摩擦面粗糙度减缓了由预紧力损失引起的螺栓连接件抗滑移承载能力的下降。
2024, 54(12): 49-57.
doi: 10.3724/j.gyjzG24041801
摘要:
对Q355GNH耐候钢开展了模拟工业海洋大气腐蚀环境乙酸盐雾试验,分析了其耐蚀性能,并通过单调拉伸试验研究腐蚀率对其力学性能指标退化的影响规律,建立了6、14 mm厚度的耐候钢锈损本构关系模型。研究结果表明:腐蚀导致耐候钢强度降低、延伸率减小,其中腐蚀率对断裂应变的影响最大,其次是屈服强度和极限强度,腐蚀后耐候钢屈强比稳定,拉伸断裂形式仍为韧性断裂;钢材厚度越小,腐蚀后钢材承载力下降越明显;随着腐蚀率增加,钢材应力-应变曲线的屈服平台、塑性强化阶段缩短,腐蚀40天后6 mm厚板件的屈服平台消失。基于未腐蚀耐候钢本构关系,通过引入参数k1、k2、k3、C,提出了相应厚度的锈蚀耐候钢本构模型,与试验获得的应力-应变曲线各阶段吻合良好。
对Q355GNH耐候钢开展了模拟工业海洋大气腐蚀环境乙酸盐雾试验,分析了其耐蚀性能,并通过单调拉伸试验研究腐蚀率对其力学性能指标退化的影响规律,建立了6、14 mm厚度的耐候钢锈损本构关系模型。研究结果表明:腐蚀导致耐候钢强度降低、延伸率减小,其中腐蚀率对断裂应变的影响最大,其次是屈服强度和极限强度,腐蚀后耐候钢屈强比稳定,拉伸断裂形式仍为韧性断裂;钢材厚度越小,腐蚀后钢材承载力下降越明显;随着腐蚀率增加,钢材应力-应变曲线的屈服平台、塑性强化阶段缩短,腐蚀40天后6 mm厚板件的屈服平台消失。基于未腐蚀耐候钢本构关系,通过引入参数k1、k2、k3、C,提出了相应厚度的锈蚀耐候钢本构模型,与试验获得的应力-应变曲线各阶段吻合良好。
2024, 54(12): 58-70.
doi: 10.3724/j.gyjzG24031201
摘要:
耐候桥梁钢具备无需涂装即可应用于桥梁钢结构的优势,降低了钢结构的初始涂装费用和后期维护成本,避免了涂装过程对环境的负面影响。这种钢材具有强度高、耐蚀性优良以及对环境友好的特性。由于耐候桥梁钢在成分和使用方式上与常规钢种存在显著差异,国内外学者针对其展开了广泛研究。对近年来国内外关于耐候钢研发、制备与焊接技术的研究成果进行了梳理,包括各元素及环境对耐候钢耐蚀性影响的研究、耐候钢制备技术的开发、耐候钢力学性能与腐蚀疲劳的研究、耐候钢焊接工艺的开发以及耐候钢结构使用寿命的预测等方面。在此基础上,提出了针对我国实际应用场景,对耐候钢的设计、制造和焊接技术进行优化的建议,并对未来的研究工作进行了展望。
耐候桥梁钢具备无需涂装即可应用于桥梁钢结构的优势,降低了钢结构的初始涂装费用和后期维护成本,避免了涂装过程对环境的负面影响。这种钢材具有强度高、耐蚀性优良以及对环境友好的特性。由于耐候桥梁钢在成分和使用方式上与常规钢种存在显著差异,国内外学者针对其展开了广泛研究。对近年来国内外关于耐候钢研发、制备与焊接技术的研究成果进行了梳理,包括各元素及环境对耐候钢耐蚀性影响的研究、耐候钢制备技术的开发、耐候钢力学性能与腐蚀疲劳的研究、耐候钢焊接工艺的开发以及耐候钢结构使用寿命的预测等方面。在此基础上,提出了针对我国实际应用场景,对耐候钢的设计、制造和焊接技术进行优化的建议,并对未来的研究工作进行了展望。
2024, 54(12): 71-89.
doi: 10.3724/j.gyjzG24013002
摘要:
不锈钢复合板是一种耐腐蚀性能优、成本低和强度高的钢材,与传统低碳钢和不锈钢相比,不锈钢复合板的应用延长了结构的设计使用寿命,同时降低了全寿命运维成本,在防腐等级高的构筑物中应用综合性价比高。目前,不锈钢复合板已成功应用于压力容器、铁路公路钢桥面板及水利水电工程等多个领域。详细分析了不锈钢复合板的制备及其焊接技术研究现状,重点介绍了真空轧制复合法、爆炸复合法及爆炸-轧制复合法三种主流制备工艺,并从焊接工艺、接头无损检测与性能、高效焊接工艺和焊接有限元模拟等多个方面对复合板焊接进行了全面的探讨,也展望了不锈钢复合板制备与焊接技术的发展趋势。
不锈钢复合板是一种耐腐蚀性能优、成本低和强度高的钢材,与传统低碳钢和不锈钢相比,不锈钢复合板的应用延长了结构的设计使用寿命,同时降低了全寿命运维成本,在防腐等级高的构筑物中应用综合性价比高。目前,不锈钢复合板已成功应用于压力容器、铁路公路钢桥面板及水利水电工程等多个领域。详细分析了不锈钢复合板的制备及其焊接技术研究现状,重点介绍了真空轧制复合法、爆炸复合法及爆炸-轧制复合法三种主流制备工艺,并从焊接工艺、接头无损检测与性能、高效焊接工艺和焊接有限元模拟等多个方面对复合板焊接进行了全面的探讨,也展望了不锈钢复合板制备与焊接技术的发展趋势。
2024, 54(12): 90-98.
doi: 10.13204/j.gyjzG23033114
摘要:
疫情爆发让我们认识到校园绿地空间在突发公共事件中所具有的重要性:其一它为高校师生提供补给与放松性的疗愈资源,此外规律性的休闲空间暴露也是缓解高校族群心理健康挑战的重要介入方式。校园路网作为依附于城市系统的独立结构,是否在其背景网络下具有与受众群体日常休闲行为之间的关联性。为此,通过分解穿越性活动、动态停留性活动与静态停留性活动三种类型,将其与路网规模、组织结构、路径界面与设施要素构成的环境特征指标集进行相关性与多元回归分析,进而得出不同活动类型的相关影响因子权重序列,最终为高校校园公共空间规划布局与策略生成提供一定理论依据与参照。
疫情爆发让我们认识到校园绿地空间在突发公共事件中所具有的重要性:其一它为高校师生提供补给与放松性的疗愈资源,此外规律性的休闲空间暴露也是缓解高校族群心理健康挑战的重要介入方式。校园路网作为依附于城市系统的独立结构,是否在其背景网络下具有与受众群体日常休闲行为之间的关联性。为此,通过分解穿越性活动、动态停留性活动与静态停留性活动三种类型,将其与路网规模、组织结构、路径界面与设施要素构成的环境特征指标集进行相关性与多元回归分析,进而得出不同活动类型的相关影响因子权重序列,最终为高校校园公共空间规划布局与策略生成提供一定理论依据与参照。
2024, 54(12): 99-104.
doi: 10.3724/j.gyjzG22060502
摘要:
当代城市的不确定性和流动性为传统城市规划提出了巨大挑战,然而这种挑战也成为了景观都市主义迅速崛起的契机。为探索先锋派景观设计师对当代城市开放空间的设计方法,提出以景观都市主义理论框架为基础的开放空间规划策略。首先对景观都市主义的核心理念进行梳理解读,随后通过案例实证研究揭示了景观都市主义核心内容在当代城市开放空间的诠释方法。分析得出融合或模仿自然地形、绿色基础设施工程、生态复原力、应对无计划事件的适应性、从多重尺度解析场地等一系列城市开放空间设计策略,为未来我国城市景观设计提供新的导向和启示。
当代城市的不确定性和流动性为传统城市规划提出了巨大挑战,然而这种挑战也成为了景观都市主义迅速崛起的契机。为探索先锋派景观设计师对当代城市开放空间的设计方法,提出以景观都市主义理论框架为基础的开放空间规划策略。首先对景观都市主义的核心理念进行梳理解读,随后通过案例实证研究揭示了景观都市主义核心内容在当代城市开放空间的诠释方法。分析得出融合或模仿自然地形、绿色基础设施工程、生态复原力、应对无计划事件的适应性、从多重尺度解析场地等一系列城市开放空间设计策略,为未来我国城市景观设计提供新的导向和启示。
2024, 54(12): 105-113.
doi: 10.3724/j.gyjzG22022507
摘要:
在乡村振兴战略背景下,以徽州文化生态保护区国家级传统村落为研究对象,采用核密度、空间自相关探究传统村落空间分布特征和空间异质性,利用地理加权回归模型剖析空间分布影响因素。结果表明:虽然同属徽文化生态圈,具有相似的气候条件和生产、生活方式以及传统习俗,但其分布呈现不均衡性和显著的空间异质性;其空间分布受自然环境、社会环境、经济环境、交通环境和城市环境等因素影响;研究从区域角度探讨空间分布以期为徽州文化保护区传统村落的片区集群化和有针对性保护提供科学依据。
在乡村振兴战略背景下,以徽州文化生态保护区国家级传统村落为研究对象,采用核密度、空间自相关探究传统村落空间分布特征和空间异质性,利用地理加权回归模型剖析空间分布影响因素。结果表明:虽然同属徽文化生态圈,具有相似的气候条件和生产、生活方式以及传统习俗,但其分布呈现不均衡性和显著的空间异质性;其空间分布受自然环境、社会环境、经济环境、交通环境和城市环境等因素影响;研究从区域角度探讨空间分布以期为徽州文化保护区传统村落的片区集群化和有针对性保护提供科学依据。
2024, 54(12): 114-120.
doi: 10.3724/j.gyjzG23070418
摘要:
为解决国内外保温墙体易发生火灾、保温层材料不环保等问题,设计了一种由纤维增强碱矿渣胶凝材料为页墙、秸秆板为夹芯层的新型复合墙体,并测试了新型夹芯板的力学性能和热工性能。试验结果表明:在力学性能方面,夹芯板在轴心荷载作用下发生劈裂破坏,适量的连接件可有效提升夹芯板的承载力,钢丝网片对夹芯板的承载力提升不明显,并提出了新型夹芯板的承载力计算式;在热工性能方面,新型夹芯板的导热系数为0.21 W/(m·K),低于混凝土(1.28 W/(m·K))和建筑砖(0.69 W/(m·K))的导热系数。碱矿渣胶凝材料作为低碳固废胶凝材料,有望替代传统水泥基材料,其夹芯板具有优良的力学性能和良好的保温隔热性能。
为解决国内外保温墙体易发生火灾、保温层材料不环保等问题,设计了一种由纤维增强碱矿渣胶凝材料为页墙、秸秆板为夹芯层的新型复合墙体,并测试了新型夹芯板的力学性能和热工性能。试验结果表明:在力学性能方面,夹芯板在轴心荷载作用下发生劈裂破坏,适量的连接件可有效提升夹芯板的承载力,钢丝网片对夹芯板的承载力提升不明显,并提出了新型夹芯板的承载力计算式;在热工性能方面,新型夹芯板的导热系数为0.21 W/(m·K),低于混凝土(1.28 W/(m·K))和建筑砖(0.69 W/(m·K))的导热系数。碱矿渣胶凝材料作为低碳固废胶凝材料,有望替代传统水泥基材料,其夹芯板具有优良的力学性能和良好的保温隔热性能。
2024, 54(12): 121-127.
doi: 10.13204/j.gyjzG23010304
摘要:
为研究HRB400级大直径钢筋混凝土梁正常使用极限状态短期最大裂缝宽度计算方法,测量了4组5个梁各级荷载下短期最大裂缝宽度,分析了大直径钢筋布置在内侧和外侧以及箍筋间距对短期最大裂缝宽度的影响,根据实测结果对GB/T 50010—2010《混凝土结构设计标准》短期最大裂缝宽度公式提出了修正建议。结果表明:箍筋间距为100、200 mm时平均裂缝间距与箍筋间距接近,大直径钢筋布置在外侧对减小短期最大裂缝宽度更为有效,约为布置在内侧的91.5%,根据《混凝土结构设计标准》计算的短期最大裂缝宽度明显大于试验值,考虑箍筋间距和钢筋高应力工作影响的短期最大裂缝宽度计算式所得计算值与实测值吻合较好。
为研究HRB400级大直径钢筋混凝土梁正常使用极限状态短期最大裂缝宽度计算方法,测量了4组5个梁各级荷载下短期最大裂缝宽度,分析了大直径钢筋布置在内侧和外侧以及箍筋间距对短期最大裂缝宽度的影响,根据实测结果对GB/T 50010—2010《混凝土结构设计标准》短期最大裂缝宽度公式提出了修正建议。结果表明:箍筋间距为100、200 mm时平均裂缝间距与箍筋间距接近,大直径钢筋布置在外侧对减小短期最大裂缝宽度更为有效,约为布置在内侧的91.5%,根据《混凝土结构设计标准》计算的短期最大裂缝宽度明显大于试验值,考虑箍筋间距和钢筋高应力工作影响的短期最大裂缝宽度计算式所得计算值与实测值吻合较好。
2024, 54(12): 128-137.
doi: 10.3724/j.gyjzG24012901
摘要:
为了快速准确地判定锈蚀钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)梁的抗弯承载力,利用集成学习研究锈蚀RC梁基于数据驱动的承载力预测模型。根据现有文献搜集并建立了锈蚀RC梁抗弯承载力试验数据库,基于数据集样本建立基于随机森林(RandomForest)、自适应增强(Adaboost)、梯度提升决策树(GBDT)、极限梯度提升算法(XGBoost)、轻量级梯度提升机算法(LightGBM)等5种集成学习算法的承载力预测模型,并借助网格搜索对模型进行超参数优化以提高其泛化性能。对比了不同集成学习算法的性能,即通过数据集分析了输入参数的特征重要性,对比分析了预测模型的平均绝对误差(MAE)、决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)以判定其合理性与精确性。分析结果表明:该预测模型可以高效地确定锈蚀RC梁抗弯承载力的关键影响因素,即钢筋配筋率和钢筋锈蚀率;基于RandomForest的模型表现最优,其次是基于XGBoost的预测模型,预测模型在训练集和测试集上的拟合度可以达到90%以上。
为了快速准确地判定锈蚀钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)梁的抗弯承载力,利用集成学习研究锈蚀RC梁基于数据驱动的承载力预测模型。根据现有文献搜集并建立了锈蚀RC梁抗弯承载力试验数据库,基于数据集样本建立基于随机森林(RandomForest)、自适应增强(Adaboost)、梯度提升决策树(GBDT)、极限梯度提升算法(XGBoost)、轻量级梯度提升机算法(LightGBM)等5种集成学习算法的承载力预测模型,并借助网格搜索对模型进行超参数优化以提高其泛化性能。对比了不同集成学习算法的性能,即通过数据集分析了输入参数的特征重要性,对比分析了预测模型的平均绝对误差(MAE)、决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)以判定其合理性与精确性。分析结果表明:该预测模型可以高效地确定锈蚀RC梁抗弯承载力的关键影响因素,即钢筋配筋率和钢筋锈蚀率;基于RandomForest的模型表现最优,其次是基于XGBoost的预测模型,预测模型在训练集和测试集上的拟合度可以达到90%以上。
2024, 54(12): 138-148.
doi: 10.3724/j.gyjzG24081101
摘要:
为研究T形主矩支圆管节点与对应矩形管节点承载力之间的关系,基于T形主方支圆管节点承载力试验数据,建立了两类节点的精细化有限元分析模型并开展了参数分析。分析时考虑了各种无量纲几何参数包括支管直径(或边长)与主管宽度比β、主管宽度与壁厚比γ、支管与主管壁厚比τ和主管截面高度与宽度比ξ、支管轴力性质以及主管轴力等因素对节点破坏模式、应力分布和承载力的影响,得到了各种因素对两类节点承载力比值的影响规律。结果表明:节点无量纲几何参数和支管轴力性质等因素对节点承载力影响较大,T形主矩支圆管节点与对应矩形管节点的承载力之间,并非简单的基于支管截面等效的圆支管直径与方支管边长之比(即π/4)的关系。综合考虑多种因素对T形主矩支圆管节点与对应矩形管节点承载力比值的影响,在GB 50017—2017《钢结构设计标准》承载力公式基础上提出了修正系数,用于计算T形主矩支圆管节点承载力,并通过试验数据验证了其合理性。
为研究T形主矩支圆管节点与对应矩形管节点承载力之间的关系,基于T形主方支圆管节点承载力试验数据,建立了两类节点的精细化有限元分析模型并开展了参数分析。分析时考虑了各种无量纲几何参数包括支管直径(或边长)与主管宽度比β、主管宽度与壁厚比γ、支管与主管壁厚比τ和主管截面高度与宽度比ξ、支管轴力性质以及主管轴力等因素对节点破坏模式、应力分布和承载力的影响,得到了各种因素对两类节点承载力比值的影响规律。结果表明:节点无量纲几何参数和支管轴力性质等因素对节点承载力影响较大,T形主矩支圆管节点与对应矩形管节点的承载力之间,并非简单的基于支管截面等效的圆支管直径与方支管边长之比(即π/4)的关系。综合考虑多种因素对T形主矩支圆管节点与对应矩形管节点承载力比值的影响,在GB 50017—2017《钢结构设计标准》承载力公式基础上提出了修正系数,用于计算T形主矩支圆管节点承载力,并通过试验数据验证了其合理性。
2024, 54(12): 149-155.
doi: 10.3724/j.gyjzG22112907
摘要:
柱横向加劲肋(又称为连续板)的设置对梁柱焊接节点的延性有利的观点被普遍接受,美国AISC钢结构抗震规范规定节点必须在柱上设置连续板,除非试验表明节点没有柱横向加劲肋仍可以正常工作。然而,该规定是值得怀疑的,因为大量设置连续板的T形节点试件表现较差的延性而没有连续板的节点试件表现很好的延性。为进一步研究连续板对T形节点延性的影响,对节点进行了单调荷载和循环荷载作用下的非线性分析,并应用几个力学参数来评估节点的延性,这些参数取自焊缝与梁翼缘界面处,因为该位置在较大塑性转角时应力状态接近临界条件。有限元分析结果表明:连续板的设置显著增加了焊缝与梁受拉翼缘界面处的塑性应变,导致节点延性的大大降低,表明设置于柱两侧的连续板是导致T形节点在地震作用下发生脆性破坏的主要原因之一。此外,通过文献资料中的试验数据进一步证明了该结论的正确性。
柱横向加劲肋(又称为连续板)的设置对梁柱焊接节点的延性有利的观点被普遍接受,美国AISC钢结构抗震规范规定节点必须在柱上设置连续板,除非试验表明节点没有柱横向加劲肋仍可以正常工作。然而,该规定是值得怀疑的,因为大量设置连续板的T形节点试件表现较差的延性而没有连续板的节点试件表现很好的延性。为进一步研究连续板对T形节点延性的影响,对节点进行了单调荷载和循环荷载作用下的非线性分析,并应用几个力学参数来评估节点的延性,这些参数取自焊缝与梁翼缘界面处,因为该位置在较大塑性转角时应力状态接近临界条件。有限元分析结果表明:连续板的设置显著增加了焊缝与梁受拉翼缘界面处的塑性应变,导致节点延性的大大降低,表明设置于柱两侧的连续板是导致T形节点在地震作用下发生脆性破坏的主要原因之一。此外,通过文献资料中的试验数据进一步证明了该结论的正确性。
2024, 54(12): 156-167.
doi: 10.3724/j.gyjzG23122115
摘要:
为研究中空夹层椭圆钢管混凝土短柱的偏压性能,设计和开展了9根中空夹层椭圆钢管混凝土短柱的试验研究,并基于试验结果建立了考虑椭圆截面特征等因素影响的中空夹层椭圆钢管混凝土偏压短柱的精细化数值分析模型,明确了包括偏心率、空心率、径厚比及长短轴比等诸多因素对其承载力和延性的影响规律,揭示了中空夹层椭圆钢管混凝土短柱在偏压作用下的典型破坏形态。研究表明,中空夹层椭圆钢管混凝土偏压短柱的破坏模式主要包括偏压侧外钢管环向鼓曲、偏拉侧外钢管受拉屈服、内钢管局部内凹、混凝土压溃破坏;中空夹层钢管混凝土短柱的偏压承载力随着偏心率、空心率、径厚比的减小及钢材强度和混凝土强度的增大而增大。
为研究中空夹层椭圆钢管混凝土短柱的偏压性能,设计和开展了9根中空夹层椭圆钢管混凝土短柱的试验研究,并基于试验结果建立了考虑椭圆截面特征等因素影响的中空夹层椭圆钢管混凝土偏压短柱的精细化数值分析模型,明确了包括偏心率、空心率、径厚比及长短轴比等诸多因素对其承载力和延性的影响规律,揭示了中空夹层椭圆钢管混凝土短柱在偏压作用下的典型破坏形态。研究表明,中空夹层椭圆钢管混凝土偏压短柱的破坏模式主要包括偏压侧外钢管环向鼓曲、偏拉侧外钢管受拉屈服、内钢管局部内凹、混凝土压溃破坏;中空夹层钢管混凝土短柱的偏压承载力随着偏心率、空心率、径厚比的减小及钢材强度和混凝土强度的增大而增大。
2024, 54(12): 168-176.
doi: 10.3724/j.gyjzG24050719
摘要:
为了探究大型陆上薄膜罐在飞射物冲击作用下的损伤特征和动力响应特点,根据BS-7777标准设计了两种规格原型保冷模块靶板,并依托大口径冲击加载装置,开展了柔性和刚性弹体撞击靶板试验。研究结果表明:区别于传统Ni9罐,混凝土锥形塞和结痂碎片作用下,保冷结构中的木质胶合板、泡沫板以及波纹板将发生损伤。保冷模块中,胶合板和泡沫板具有较大的吸能能力。钢筋混凝土(RC)结构板未发生贯穿损伤时,冲击能量将主要由RC板、胶合板和泡沫板部分吸收,而薄膜波纹板受影响较小。
为了探究大型陆上薄膜罐在飞射物冲击作用下的损伤特征和动力响应特点,根据BS-7777标准设计了两种规格原型保冷模块靶板,并依托大口径冲击加载装置,开展了柔性和刚性弹体撞击靶板试验。研究结果表明:区别于传统Ni9罐,混凝土锥形塞和结痂碎片作用下,保冷结构中的木质胶合板、泡沫板以及波纹板将发生损伤。保冷模块中,胶合板和泡沫板具有较大的吸能能力。钢筋混凝土(RC)结构板未发生贯穿损伤时,冲击能量将主要由RC板、胶合板和泡沫板部分吸收,而薄膜波纹板受影响较小。
2024, 54(12): 177-185.
doi: 10.3724/j.gyjzG22110105
摘要:
为了使地震危险性分析、地震区划等工程应用中的参数预测方程能同时体现地震动的时域和频域非平稳性,需要一种新的地震动时频参数预测模型。基于美国西部30余次地震记录,使用互补集合经验模态分解法计算时变功率谱,利用时变功率谱计算6个时频参数,建立时频参数随震级、距离和场地条件变化的预测方程和神经网络拓扑结构。运用非线性最小二乘法拟合得到预测方程的系数值,并训练得到神经网络预测模型。研究结果表明:总能量随震级的增大而增大,随距离增大而减小;频谱质心和标准差、时间质心和标准差以及时频相关系数随震级的增大而减小,随距离的增大表现则各不相同;建立的神经网络时频参数预测模型泛化能力较强,可以较好地预测地震动时频参数。
为了使地震危险性分析、地震区划等工程应用中的参数预测方程能同时体现地震动的时域和频域非平稳性,需要一种新的地震动时频参数预测模型。基于美国西部30余次地震记录,使用互补集合经验模态分解法计算时变功率谱,利用时变功率谱计算6个时频参数,建立时频参数随震级、距离和场地条件变化的预测方程和神经网络拓扑结构。运用非线性最小二乘法拟合得到预测方程的系数值,并训练得到神经网络预测模型。研究结果表明:总能量随震级的增大而增大,随距离增大而减小;频谱质心和标准差、时间质心和标准差以及时频相关系数随震级的增大而减小,随距离的增大表现则各不相同;建立的神经网络时频参数预测模型泛化能力较强,可以较好地预测地震动时频参数。
2024, 54(12): 186-193.
doi: 10.3724/j.gyjzG23071904
摘要:
土体小应变硬化(HSS)模型可考虑小应变范围内土体的非线性特性,在基坑开挖等岩土工程精细化数值分析中得到了广泛运用。通过一系列三轴剪切试验、共振柱试验和标准固结试验,对台州湾新区典型土层的HSS模型参数进行标定,探讨各土层模型参数间的比例关系,并与国内其他典型软土地区的数据进行比较,验证相关参数的合理性,进一步确定相关参数与土体初始孔隙比间的经验关系。研究结果可用于计算开挖产生的变形,并为其他区域软土HSS模型参数确定提供参考。
土体小应变硬化(HSS)模型可考虑小应变范围内土体的非线性特性,在基坑开挖等岩土工程精细化数值分析中得到了广泛运用。通过一系列三轴剪切试验、共振柱试验和标准固结试验,对台州湾新区典型土层的HSS模型参数进行标定,探讨各土层模型参数间的比例关系,并与国内其他典型软土地区的数据进行比较,验证相关参数的合理性,进一步确定相关参数与土体初始孔隙比间的经验关系。研究结果可用于计算开挖产生的变形,并为其他区域软土HSS模型参数确定提供参考。
2024, 54(12): 194-203.
doi: 10.3724/j.gyjzG22101715
摘要:
冻融循环作用是造成土体力学性能损伤的重要因素之一。为研究冻融循环作用下湿陷性黄土-红砂岩集成流态固化土的强度特性,采用室内试验的方法对不同冻融循环次数下的流态固化土进行力学试验和电镜扫描试验,分析在冻融循环作用下不同配比的流态固化土物理力学参数的变化规律及能量耗散机理。结果表明:红砂岩掺量、含水率和水泥掺量随冻融循环次数增加,对抗压强度的影响程度不同,掺入红砂岩可有效提高流态固化土的抗压强度;抗压强度与冻融循环次数的关系符合递减型指数函数关系;弹性模量、质量、黏聚力、内摩擦角及应变能密度等主要力学指标则随红砂岩掺量和冻融循环次数的增加,呈不同的降低规律;结合电镜扫描结果分析了冻融损伤后流态固化土微观结构的变化规律,指出冻融循环作用可改变由红砂岩颗粒构建的骨架结构,阐明了冻融循环作用下流态固化土能量耗散的机理。
冻融循环作用是造成土体力学性能损伤的重要因素之一。为研究冻融循环作用下湿陷性黄土-红砂岩集成流态固化土的强度特性,采用室内试验的方法对不同冻融循环次数下的流态固化土进行力学试验和电镜扫描试验,分析在冻融循环作用下不同配比的流态固化土物理力学参数的变化规律及能量耗散机理。结果表明:红砂岩掺量、含水率和水泥掺量随冻融循环次数增加,对抗压强度的影响程度不同,掺入红砂岩可有效提高流态固化土的抗压强度;抗压强度与冻融循环次数的关系符合递减型指数函数关系;弹性模量、质量、黏聚力、内摩擦角及应变能密度等主要力学指标则随红砂岩掺量和冻融循环次数的增加,呈不同的降低规律;结合电镜扫描结果分析了冻融损伤后流态固化土微观结构的变化规律,指出冻融循环作用可改变由红砂岩颗粒构建的骨架结构,阐明了冻融循环作用下流态固化土能量耗散的机理。
2024, 54(12): 204-213.
doi: 10.3724/j.gyjzG23032203
摘要:
为反映土岩复合地层长短桩组合支护体系中长短桩之间的相互作用力学机制,根据长短桩在土岩地层中受力分析,分别提出长短桩受力变形的计算方法:当下面岩层完整时,短桩受力满足土层基坑稳定性要求即可,长桩仅做为安全储备。此时,土层部分长短桩可简化为弹性支承连续梁。当下面岩层存在软弱结构面时,长桩须满足岩层基坑稳定性要求,根据滑块的受力求出长桩的侧向土压力分布,结合支撑的布置形式,将长桩的受力也简化为弹性支承连续梁问题。最后给出两种工况下长短桩的计算方法,并与有限元方法计算结果进行数值验证。结果表明:将土岩复合地层长短桩支护按土层基坑和岩层基坑支护分开计算并将桩简化为连续梁受力体系,计算结果与数值计算结果基本吻合,结果基本合理。
为反映土岩复合地层长短桩组合支护体系中长短桩之间的相互作用力学机制,根据长短桩在土岩地层中受力分析,分别提出长短桩受力变形的计算方法:当下面岩层完整时,短桩受力满足土层基坑稳定性要求即可,长桩仅做为安全储备。此时,土层部分长短桩可简化为弹性支承连续梁。当下面岩层存在软弱结构面时,长桩须满足岩层基坑稳定性要求,根据滑块的受力求出长桩的侧向土压力分布,结合支撑的布置形式,将长桩的受力也简化为弹性支承连续梁问题。最后给出两种工况下长短桩的计算方法,并与有限元方法计算结果进行数值验证。结果表明:将土岩复合地层长短桩支护按土层基坑和岩层基坑支护分开计算并将桩简化为连续梁受力体系,计算结果与数值计算结果基本吻合,结果基本合理。
2024, 54(12): 214-220.
doi: 10.3724/j.gyjzG23090403
摘要:
地震作用下土质斜坡的稳定性快速评价是目前土木工程界关注的热点。传统上,采用稳定性图和Newmark模型快速评价土质斜坡地震稳定性。然而,在大多数稳定性图的研究中,采用安全系数法评价斜坡地震稳定性。而以Newmark模型为基础的永久位移稳定性图由于假设斜坡模型为一个无限平面,导致计算结果往往偏大。为此,提出一种快速计算土质斜坡临界加速度的新方法,该方法克服了稳定性图和Newmark模型的局限性。基于摩尔-库仑强度准则采用有限元极限分析方法对概化土质斜坡进行数值建模,根据864个案例的计算结果,绘制了土质斜坡临界加速度图,通过两步回归分析,建立了土质斜坡临界加速度与斜坡参数间的函数表达式,并将该方法与Newmark模型和数值解进行比较。结果表明:该方法的计算精度比Newmark模型更接近数值解,且通过对拟静力法和永久位移法的比较,反映了开发该方法的必要性。所建立的土质斜坡永久位移评价方法可靠、简单,可用于设计初期的稳定性评价,并为后续土坡的抗震设计提供参考。
地震作用下土质斜坡的稳定性快速评价是目前土木工程界关注的热点。传统上,采用稳定性图和Newmark模型快速评价土质斜坡地震稳定性。然而,在大多数稳定性图的研究中,采用安全系数法评价斜坡地震稳定性。而以Newmark模型为基础的永久位移稳定性图由于假设斜坡模型为一个无限平面,导致计算结果往往偏大。为此,提出一种快速计算土质斜坡临界加速度的新方法,该方法克服了稳定性图和Newmark模型的局限性。基于摩尔-库仑强度准则采用有限元极限分析方法对概化土质斜坡进行数值建模,根据864个案例的计算结果,绘制了土质斜坡临界加速度图,通过两步回归分析,建立了土质斜坡临界加速度与斜坡参数间的函数表达式,并将该方法与Newmark模型和数值解进行比较。结果表明:该方法的计算精度比Newmark模型更接近数值解,且通过对拟静力法和永久位移法的比较,反映了开发该方法的必要性。所建立的土质斜坡永久位移评价方法可靠、简单,可用于设计初期的稳定性评价,并为后续土坡的抗震设计提供参考。
2024, 54(12): 221-228.
doi: 10.3724/j.gyjzG22120208
摘要:
传统真空预压法处理工程废弃泥浆存在排水板易淤堵、变形以及真空衰减等问题。基于此,提出了一种带肋排水板真空预压处理工程废浆的方法。通过5组室内真空预压模型试验,对加固过程中试验模型的孔隙水压力、排水量、真空度以及土层表面沉降进行监测,并对排水板滤膜进行电子显微镜扫描,分析不同肋宽比下带肋排水板对工程废浆固结的影响。试验结果表明:带肋排水板在泥浆真空固结过程中能提高真空的传递效率、削弱排水板滤膜淤堵;0.5的肋宽比使带肋排水板性能达到最佳,处理后土体平均含水率和十字板剪切强度分别为38.51%和32.38 kPa,有效地提高了加固后土体的整体强度。通过对排水板滤膜的微观结构的分析,发现肋宽比直接影响同宽度下带肋排水板的淤堵情况,0.5的肋宽比能将带肋排水板的排水性能发挥至最佳。
传统真空预压法处理工程废弃泥浆存在排水板易淤堵、变形以及真空衰减等问题。基于此,提出了一种带肋排水板真空预压处理工程废浆的方法。通过5组室内真空预压模型试验,对加固过程中试验模型的孔隙水压力、排水量、真空度以及土层表面沉降进行监测,并对排水板滤膜进行电子显微镜扫描,分析不同肋宽比下带肋排水板对工程废浆固结的影响。试验结果表明:带肋排水板在泥浆真空固结过程中能提高真空的传递效率、削弱排水板滤膜淤堵;0.5的肋宽比使带肋排水板性能达到最佳,处理后土体平均含水率和十字板剪切强度分别为38.51%和32.38 kPa,有效地提高了加固后土体的整体强度。通过对排水板滤膜的微观结构的分析,发现肋宽比直接影响同宽度下带肋排水板的淤堵情况,0.5的肋宽比能将带肋排水板的排水性能发挥至最佳。
2024, 54(12): 229-237.
doi: 10.3724/j.gyjzG21122303
摘要:
目前钢桥面板以其容重小、强度较高、适应装配化生产而得到了广泛的应用。铺筑于钢桥面板之上的沥青铺装可有效分散轮载,并起到强化钢桥面板刚度的作用,可有效减缓顶板与纵肋构造细节疲劳损伤速率。但沥青铺装的荷载分散效应和刚度强化作用易受温度和荷载频率的影响,为探究铺装特性对顶板与纵肋疲劳损伤的耦合影响机制,基于沥青铺装材料动态应力-应变关系,分析并量化了沥青铺装层温度与动力特性对顶板与纵肋构造细节疲劳损伤的影响效应。在此基础上,结合实桥车流数据建立了日内每小时随机车流荷载模型,量化了沥青铺装层温度与动载效应对关注细节疲劳损伤特性的耦合影响。研究结果表明,在其他边界条件相同时,夏季钢桥面板疲劳损伤约为冬季钢桥面板疲劳损伤的3.7倍;传统不考虑铺装特性的钢桥面板寿命评估偏于不安全,考虑铺装的温度效应和动载效应后,钢桥面板的疲劳寿命从约54.2 a降低至约42.7 a,降低幅度达21.2%。
目前钢桥面板以其容重小、强度较高、适应装配化生产而得到了广泛的应用。铺筑于钢桥面板之上的沥青铺装可有效分散轮载,并起到强化钢桥面板刚度的作用,可有效减缓顶板与纵肋构造细节疲劳损伤速率。但沥青铺装的荷载分散效应和刚度强化作用易受温度和荷载频率的影响,为探究铺装特性对顶板与纵肋疲劳损伤的耦合影响机制,基于沥青铺装材料动态应力-应变关系,分析并量化了沥青铺装层温度与动力特性对顶板与纵肋构造细节疲劳损伤的影响效应。在此基础上,结合实桥车流数据建立了日内每小时随机车流荷载模型,量化了沥青铺装层温度与动载效应对关注细节疲劳损伤特性的耦合影响。研究结果表明,在其他边界条件相同时,夏季钢桥面板疲劳损伤约为冬季钢桥面板疲劳损伤的3.7倍;传统不考虑铺装特性的钢桥面板寿命评估偏于不安全,考虑铺装的温度效应和动载效应后,钢桥面板的疲劳寿命从约54.2 a降低至约42.7 a,降低幅度达21.2%。
2024, 54(12): 238-245.
doi: 10.3724/j.gyjzG24091101
摘要:
碳纤维增强复合材料(CFRP)因其轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳和低蠕变等优点,具有制成预应力筋在预应力结构中替代钢筋的潜力。然而,拉挤成型CFRP筋的横向剪切和弯折性能不足,限制了其在预应力结构中的应用。液晶聚芳酯(LCP)纤维以其良好的力学性能和尺寸稳定性著称,尤其在抗剪防割性能方面表现优异,已在防护服装、体育用品和航空领域得到应用。本研究旨在通过外层编织LCP纤维来增强拉挤成型CFRP筋的剪切和弯曲性能,提升CFRP筋在预应力结构中的适用性。开展了LCP纤维编织增强不同纤维含量(55%和65%) CFRP筋的剪切试验和三点弯曲试验,探明了LCP新材料与拉挤-编织成型新工艺对CFRP筋的抗剪和抗弯性能的提升效果。结果表明:外层编织LCP纤维能显著提高拉挤成型CFRP筋的抗剪和抗弯强度及延性;与未编织相比,编织后纤维含量55%和65%的CFRP筋抗剪强度分别提高了54.6%和55.0%,剪切荷载峰值变形分别提高了10.4%和38.5%;抗弯强度分别提高了26.6%和14.9%,弯曲荷载峰值变形分别提高了13.1%和38.8%。总体而言,随着CFRP筋纤维体积含量的增加,编织带来的性能提升效果随之增强。本研究可为LCP纤维编织增强CFRP筋在预应力结构中的应用提供参考。
碳纤维增强复合材料(CFRP)因其轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳和低蠕变等优点,具有制成预应力筋在预应力结构中替代钢筋的潜力。然而,拉挤成型CFRP筋的横向剪切和弯折性能不足,限制了其在预应力结构中的应用。液晶聚芳酯(LCP)纤维以其良好的力学性能和尺寸稳定性著称,尤其在抗剪防割性能方面表现优异,已在防护服装、体育用品和航空领域得到应用。本研究旨在通过外层编织LCP纤维来增强拉挤成型CFRP筋的剪切和弯曲性能,提升CFRP筋在预应力结构中的适用性。开展了LCP纤维编织增强不同纤维含量(55%和65%) CFRP筋的剪切试验和三点弯曲试验,探明了LCP新材料与拉挤-编织成型新工艺对CFRP筋的抗剪和抗弯性能的提升效果。结果表明:外层编织LCP纤维能显著提高拉挤成型CFRP筋的抗剪和抗弯强度及延性;与未编织相比,编织后纤维含量55%和65%的CFRP筋抗剪强度分别提高了54.6%和55.0%,剪切荷载峰值变形分别提高了10.4%和38.5%;抗弯强度分别提高了26.6%和14.9%,弯曲荷载峰值变形分别提高了13.1%和38.8%。总体而言,随着CFRP筋纤维体积含量的增加,编织带来的性能提升效果随之增强。本研究可为LCP纤维编织增强CFRP筋在预应力结构中的应用提供参考。
2024, 54(12): 246-253.
doi: 10.3724/j.gyjzG23120709
摘要:
为研究砖砌体柱及外包角钢加固砖砌体柱的尺寸影响,完成了12根不同尺寸方形截面未加固及加固砖砌体柱的轴心受压试验,分析了试件的破坏特征、荷载-位移曲线、横截面平均应力-位移曲线、轴心抗压强度和承载力、名义峰值应变等。研究结果表明:在保持试件高厚比为3的前提下,增大未加固砖砌体柱的截面尺寸对轴心抗压强度几乎没有影响,但名义峰值应变随截面面积增大呈先上升后下降的趋势;外包角钢加固能够大幅提高砖砌体柱的轴心抗压承载力和变形能力,但截面尺寸对加固效果存在影响;在高厚比相同、截面含钢率与体积配箍率基本一致的情况下,名义峰值应变随砖砌体柱截面面积增大呈下降趋势,外包角钢对小尺寸砖砌体柱试件加固效果更好。最后,提出了外包角钢加固砖砌体柱的轴心受压承载力计算方法。
为研究砖砌体柱及外包角钢加固砖砌体柱的尺寸影响,完成了12根不同尺寸方形截面未加固及加固砖砌体柱的轴心受压试验,分析了试件的破坏特征、荷载-位移曲线、横截面平均应力-位移曲线、轴心抗压强度和承载力、名义峰值应变等。研究结果表明:在保持试件高厚比为3的前提下,增大未加固砖砌体柱的截面尺寸对轴心抗压强度几乎没有影响,但名义峰值应变随截面面积增大呈先上升后下降的趋势;外包角钢加固能够大幅提高砖砌体柱的轴心抗压承载力和变形能力,但截面尺寸对加固效果存在影响;在高厚比相同、截面含钢率与体积配箍率基本一致的情况下,名义峰值应变随砖砌体柱截面面积增大呈下降趋势,外包角钢对小尺寸砖砌体柱试件加固效果更好。最后,提出了外包角钢加固砖砌体柱的轴心受压承载力计算方法。
2024, 54(12): 254-260.
doi: 10.3724/j.gyjzG23092603
摘要:
以嵌筋法加固混凝土板试验为基础,结合数值模拟分析,探究嵌筋法加固混凝土板在受弯状态下的力学性能,验证嵌筋法加固楼板的可行性,同时研究了不同开槽宽度、嵌固材料、原混凝土强度等级以及植筋构造对嵌筋加固混凝土板力学性能的影响。结果表明:利用嵌筋法嵌入的钢筋与混凝土共同作用能达到与预埋钢筋相同的效果。开槽宽度的大小、原混凝土强度等级以及端部构造对嵌筋法工艺的加固效果影响很小;与改性环氧树脂相比,采用高强灌浆料作为嵌固材料时,加固板的受力性能虽有不及,但已能达到普通钢筋混凝土板的受力效果,且更具经济性和耐久性的优势。
以嵌筋法加固混凝土板试验为基础,结合数值模拟分析,探究嵌筋法加固混凝土板在受弯状态下的力学性能,验证嵌筋法加固楼板的可行性,同时研究了不同开槽宽度、嵌固材料、原混凝土强度等级以及植筋构造对嵌筋加固混凝土板力学性能的影响。结果表明:利用嵌筋法嵌入的钢筋与混凝土共同作用能达到与预埋钢筋相同的效果。开槽宽度的大小、原混凝土强度等级以及端部构造对嵌筋法工艺的加固效果影响很小;与改性环氧树脂相比,采用高强灌浆料作为嵌固材料时,加固板的受力性能虽有不及,但已能达到普通钢筋混凝土板的受力效果,且更具经济性和耐久性的优势。
