火灾后空间混凝土框架结构的受力性能模拟

为了分析火灾后空间混凝土框架结构损伤、修复和加固后的力学性能,基于纤维单元模型和分层壳单元模型,将梁、柱构件截面划分成多个纤维,将板沿截面厚度方向划分成多个层,可以考虑各个构件截面的不均匀温度场分布以及受火损伤或修复、加固后材料力学性能的变化。以ABAQUS通用有限元软件为开发平台,利用Python脚本语言对其进行二次开发,建立混凝土框架火灾受损分析系统(ASFCF)。进一步以一个多层多跨空间混凝土框架结构为例,利用该系统对框架在受火损伤、修复和加固后的力学反应进行了研究和对比分析。结果表明,ASFCF系统可以较为准确地进行火灾后空间混凝土框架的损伤、修复与加固后的力学性能分析。研究成果可作为评估混凝土整体框架结构火灾后的残余力学性能及修复、加固后的力学性能的理论参考。     

硫酸盐侵蚀作用下混凝土细观破损机理研究

侵蚀环境下混凝土材料的内部孔隙空间分布特征与演化规律是材料破损机理及宏观力学性能研究的关键问题。采用X射线断层扫描技术(CT)对硫酸盐侵蚀与干湿循环耦合作用下混凝土的细观损伤过程进行实时扫描,在此基础上,结合图像处理与三维重构技术开展了混凝土内部孔隙结构的空间分布特征与演化规律研究,并通过提出的孔隙分区的方法深入研究了材料细观破损特征和机理。结果表明:宏观上试样质量、抗压强度均呈现规律性变化,溶液中钙镁离子浓度有明显的累积性趋势;细观上试样孔隙率随侵蚀时间的增加呈先减小后增大的变化,单轴抗压强度与孔隙率大体上呈负相关关系。同时,混凝土试样不同分区内孔隙率演化规律各不相同,但总体呈现先减小后增大的趋势,侵蚀作用深度随侵蚀时间不断增长。结论可为深入研究硫酸盐侵蚀下混凝土材料细观破损机理提供依据。     

基于Rockfall数值模拟的边坡落石防护网修复加固方案研究∗

某水电站尾水支洞边坡多次发生落石灾害,原被动防护网已发生局部破损,严重威胁着尾水支洞施工期和运行期的安全,需对原防护网进行修复加固。由于山体陡峭、地貌复杂,人工调查无法确定落石源,采用高精度无人机航摄初步排查出四处可疑危险源区域,利用Rockfall 软件进行落石轨迹模拟计算,通过对比分析计算成果与观测到的落石落点位置与威胁区域分布情况,反分析确定了两处落石源。在此基础上,根据落石源的落石运动特征,复核分析了原防护能力不足的原因,发现原防护网的能级和高度不足是导致落石灾害发生的主要原因。通过提高防护网的能级和高度,提出了原位修复和增高加固两种方案。研究结果表明：两种方案均能有效减小落石威胁区域面积、降低落石率、改善运动特征参数。其中增高加固方案的防护效果更加显著,落石被全部拦截,落石弹跳高度和动能的最大值分别降低了69.64%、66.02%。对被动防护网破损部位的修复加固,综合考虑现场实际情况与落石模拟计算成果进行修复方案设计更为科学合理。研究成果可为该工程的落石防护方案提供科学依据,为类似工程设计与落石分析提供参考。     

现役混凝土在CFRP约束下的轴压试验研究

地震等自然灾害可以直接破坏主体结构.主要构件的加固、修复成为令人关心的研究课题.研究了方柱在不同预压力下的混凝土应力一应变关系,测得了混凝土、CFRP约束混凝土和CFRP约束预压混凝土棱柱体在轴压作用下的应力、应变数值,进行了混凝土棱柱体在预压后用CFRP加固的再受荷强度影响分析,为实际工程的加固设计提供了试验依据.     

某大型填海造地工程护岸地基动力特性及残余变形研究

通过海上原位勘探取土和室内土体动力特性试验研究,对某大型填海造地工程护岸结构进行地震作用下残余变形的分析。首先,利用共振柱试验和数值模拟的方法,研究了地基土在复杂应力状态下的动力特性及残余变形,得出了此护岸结构土样的剪切模量比和阻尼比随剪应变变化的曲线关系。其次,在分析残余变形与振次之间关系等的基础上,利用沈珠江模型对试验数据进行整理和拟合,给出了沈珠江残余模型的拟合参数值。最后,得出地震作用下护岸结构残余变形的规律,即在不同的加速度时程下,水平残余变形量在0.07~0.66m之间,竖向残余变形量在0.035~0.31m之间,变形主要在两侧护岸位置,主要的土层为砂土层。研究成果可为填海造地工程抗震设计和地基变形分析提供依据。     

斜拉桥破损诊断技术的研究

针对钢筋腐蚀、疲劳、预应力松弛和桥梁整体倾斜或变形所引起的斜拉桥局部破损,以使用了15年的永和斜拉桥为研究对象,对斜拉桥破损诊断技术进行了研究,对该桥的破损位置进行了定位,对其破损程度进行了评价.利用有限元分析和现场振动测试结果,对破损前后的模态参数进行分析,提取了对破损状况较敏感的模态曲率作为斜拉桥破损诊断的参数,并从模态参数中选取部分点的分量,导出了可以指示斜拉桥桥面(主梁)大概损伤位置的损伤指标Id,可用以识别出斜拉桥发生破损的区段及破损程度.研究成果为永和斜拉桥的养护维修方案提供了技术支持.     

桁架式SRC梁组合框架节点耗能性能及损伤分析

通过6个桁架式钢骨混凝土框架梁组合节点在反复荷载作用下的试验,对该新型桁架式钢骨混凝土框架梁-钢筋混凝土柱组合节点的破坏过程、滞回性能、耗能能力等进行了分析,建立了基于最大变形和累积耗能的非线性组合的节点地震损伤模型,探讨了桁架式钢骨混凝土框架梁组合节点累积损伤的发展过程和发育规律。通过由损伤模型计算得到的破损结果及各试件损伤对比分析,讨论了含钢率、轴压比及交叉腹杆对节点损伤发展的影响。结果表明:加载后期,轴压比大、含钢率高或交叉腹杆强的节点具有更大的损伤值。     

基于能量法的钢骨超高强混凝土柱-混凝土梁节点地震损伤分析

为了研究钢骨超高强混凝土(SRUHSC)柱-混凝土(RC)梁框架节点的地震损伤,在12个框架节点低周反复加载试验基础上,分析损伤发展规律。根据能量等效原理,以框架节点在外力所作功为初始总能量,建立了框架节点地震损伤定量计算方法,并对地震损伤指数增长规律进行了分析。分析了配箍率、轴压比、钢骨形式3种试验参数对地震损伤指数的影响。进而提出了SRUHSC柱-RC梁框架节点的地震损伤评定模型。结果表明:基于能量法建立的地震损伤指数和评定模型,能较好地反映在低周反复荷载作用下SRUHSC柱-RC梁框架节点的损伤状态,该结果可为此类结构的抗震加固修复提供理论参考。     

钢管混凝土-钢板耗能键结构抗震试验与承载力模型

提出了钢管混凝土-钢板耗能键结构,进行了2个钢管混凝土-钢板耗能键结构1/5缩尺模型的低周反复荷载试验,1个结构模型的高跨比为1.0,1个结构模型的高跨比为2.0。试验分两阶段进行:第I阶段试验加载至1/50位移角结束;之后,对第I阶段损伤模型采用钢管边框间两侧贴焊薄钢板方式修复,作为新的试件进行第II阶段试验。比较分析了它们的承载力、延性、耗能、刚度及退化过程和滞回特性。基于试验,建立了该结构的承载力计算模型,模型中钢板耗能键简化为桁架模型。在试验与分析的基础上,提出了该结构的抗震设计建议。研究表明:钢管混凝土-钢板耗能键结构具有良好的抗震性能,对不同高跨比的试件均具有较好的震后可修复性能,可用于结构抗震设计。     

钢管陶粒混凝土柱火灾后轴压性能试验研究

对26根受火后的钢管陶粒混凝土短柱进行了轴压力学性能试验,试件考虑了钢管的几何参数、陶粒混凝土配合比及火灾条件等因素的变化。基于试验结果,分析了轻骨料钢管混凝土短柱受火后的轴压承载力、破坏形态及其他力学性能的变化及相关参数的影响规律。所讨论的主要影响参数包括试验最高炉温、最高炉温持续时间、钢管长细比、混凝土配合比等,并基于对试验数据的分析给出了轻骨料钢管混凝土短柱火灾后轴压承载力的计算公式。结果表明,以轻质材料———陶粒为骨料制成的钢管混凝土短柱受火后仍然具有较高的承载力和良好的延性,而当钢管表面响应温度超过500℃时,试件的轴压承载力出现了明显的下降。所给出的轻骨料钢管混凝土柱火灾后的轴压承载力计算公式可作为该类构件火灾后修复计算的参考依据。     

纯弯荷载下厚型钢结构防火涂层破损的试验研究和数值分析

厚型钢结构防火涂层因其耐火性好、性能稳定而成为最常用的防火保护形式之一,但厚型防火涂层易在地震和冲击等作用下发生破损和脱落,这将影响钢结构的抗火性能。为了认识厚型钢结构防火涂层的破损模式,本文对涂有厚型防火涂料的钢板件进行了纯弯荷载试验,运用有限元分析软件AN SY S对试验全过程进行了模拟分析,并与试验结果相对比。结果表明:受弯构件压区涂层的破损模式主要为涂层-钢板界面破损,拉区涂层的破损模式与涂层厚度有关,当涂层厚度较薄时,主要为涂层内部拉裂,涂层厚度较厚时,主要为涂层-钢板界面破损;涂层厚度越厚,界面破损出现得越早;若在涂层上贴置应变片,会使涂层的界面裂缝和横向裂缝提早出现。     

纯拉荷载下厚型钢结构防火涂层破损的评估方法北大核心CSCD

厚型钢结构防火涂层因耐火性好、性能稳定而成为最常用的防火保护形式之一,但其易在地震和冲击等作用下发生破损和脱落,从而影响钢结构的抗火性能。运用有限元分析软件ANSYS对钢板在纯拉荷载下的涂层破损试验进行模拟,验证了有限元模型;然后选取几何尺寸、涂层材性、钢板-涂层界面参数等进行参数分析,确定界面破损的主要影响因素有涂层厚度、涂层弹性模量、界面粘结强度等;涂层横向裂缝破损的主要影响因素有涂层抗拉强度、涂层弹性模量等。在参数分析的基础上,提出纯拉荷载下钢板件涂层破损评估方法,并得到了试验的验证。     

微胶囊自修复水泥基材料的微观结构研究

利用环氧树脂微胶囊制备自修复水泥砂浆,研究微胶囊掺量3%和6%的情况下水泥砂浆的强度修复率,并利用微观结构分析在同一掺量下试样损伤发生时和修复后的结果,结合压汞法、氮吸附法和微观CT测定微胶囊水泥基材料的孔结构特性,同时通过分析自修复砂浆的孔尺寸分布模型,从模型得到的孔结构参数分析砂浆的修复效果。结果表明:在微胶囊掺量从3%~6%的砂浆范围内,修复率逐渐提高;在相同掺量的情况下,由氮吸附法测的结果表明损伤试样的累积孔体积小于修复后的;压汞测试的结果得出修复后的累积孔体积大于损伤的;XCT处理结果表明试样损伤的累积孔体积大于修复后的,并且从预测模型得到的孔结构参数表明修复后试样的孔结构得到一定的改善。     

基于局部强度阶梯折减法的边坡渐进破坏研究∗

通过强度折减法获取边坡的潜在滑裂带是目前数值计算广泛使用的方法,研究边坡滑裂带形成的渐进过程及坡体内部土体的应力状态具有重要的理论意义和工程价值。基于边坡破坏的渐进性思想,针对均质边坡提出了一种局部强度阶梯折减的方法。该方法以屈服接近度(YAI)作为判别土体是否存在破损区的评价标准,将局部破损区按不同破损次序分配予不同的折减系数,利用通用软件ABAQUS对局部坡体进行强度折减计算,研究边坡渐进变形过程,直至边坡发生整体破坏。计算结果表明,坡体内部初始破损区参与了潜在滑裂面的形成过程,对边坡后期渐进变形具有贡献;有效解决了传统强度折减法潜在滑裂面上折减区和非折减区边界处的塑性应变值的跳跃性问题,合理地演化了边坡的渐进失稳进程。     

从水布垭高面板堆石坝看我国300m级超高面板堆石坝的发展前景

系统地分析了我国300m级超高面板堆石坝建设的可行性及其必要性，以及目前建设300m级超面板堆石坝可能存在的关键技术问题；在全面阐述水布垭面板堆石坝工程所取得的成功经验的基础上，对300m级超面板堆石坝发展前景进行了展望。     

纯拉荷载下厚型钢结构防火涂层破损的评估方法

厚型钢结构防火涂层因耐火性好、性能稳定而成为最常用的防火保护形式之一,但其易在地震和冲击等作用下发生破损和脱落,从而影响钢结构的抗火性能。运用有限元分析软件ANSYS对钢板在纯拉荷载下的涂层破损试验进行模拟,验证了有限元模型;然后选取几何尺寸、涂层材性、钢板-涂层界面参数等进行参数分析,确定界面破损的主要影响因素有涂层厚度、涂层弹性模量、界面粘结强度等;涂层横向裂缝破损的主要影响因素有涂层抗拉强度、涂层弹性模量等。在参数分析的基础上,提出纯拉荷载下钢板件涂层破损评估方法,并得到了试验的验证。     

茅草街大桥主桥的地震反应分析

以湖南茅草街大桥为研究对象,采用大型有限元分析软件ANSYS建立了该钢管混凝土系杆拱桥的三维有限元模型并对其进行模态分析,在此基础上运用反应谱法计算了该桥的纵向、横向和竖向地震响应,探讨了主要结构参数对中承式钢管混凝土系杆拱桥地震响应的影响,可为大跨钢管混凝土拱桥的抗震设计提供理论参考。     

基于人工神经网络方法的FRP增强混凝土断裂研究新思路∗

纤维增强复合材料(FRP)作为一种新型的增强加固材料,由于其强度高、质量轻、防腐蚀、耐疲劳、与混凝土粘结性能好以及便于施工等诸多优点,在混凝土结构修复加固领域得到了广泛的应用。近年来,随着人工智能(AI)的逐渐兴起,机器学习(ML)作为实现AI 的一种途径,在水利、建筑等各行各业也得到了长足的发展。首先简单介绍了ML 的基本原理,并通过对ML 在混凝土结构工程中应用的系统回顾与总结,指出了传统试验和数值模拟分析中FRP 增强混凝土断裂研究存在的一些难点和局限性,阐述了基于ML 的人工神经网络(ANN)方法在处理混凝土结构问题中的优越性,认为采用ANN 方法能够有效解决FRP 增强混凝土断裂研究中难以解决的问题;其次,对ANN 方法应用于FRP 增强混凝土断裂韧度预测中的新思路进行了详细介绍,给出了ANN 方法应用于FRP 增强混凝土断裂韧度预测的具体流程,并对其流程中的一些步骤给出了建议;最后,对ML 应用于FRP 增强混凝土断裂方向的深入研究进行了展望,提出了ML 应用于FRP 增强混凝土断裂方向深入研究的相关问题。     

火灾后钢筋混凝土柱外包钢管加固性能——数值模拟

基于ABAQUS软件进行了外包钢管约束加固火灾后钢筋混凝土柱力学性能的数值模拟,分别建立了受火钢筋混凝土构件的温度场分析模型及加固后构件的三维单元力学分析模型。探讨了钢管屈服强度、名义含钢率、新修复混凝土强度等对外包钢管约束加固火灾后钢筋混凝土柱承载力、刚度及延性的影响规律。结果表明:火灾后钢筋混凝土柱的承载力和刚度都会明显降低,采用外包钢管可对受损伤的钢筋混凝土柱进行修复加固,加固后组合柱受力性能将得到大大改善。分析结果可为有关工程应用提供参考。     

电袋除尘器滤袋破损失效原因分析

针对某发电公司锅炉电袋除尘器滤袋破损失效的问题,从容克式空气预器出口烟气温度场分布、NOx 的生成、热工测量回路、喷吹管路腐蚀、除尘器检修等方面进行了分析,提出了针对性的解决措施。分析结果表明:烟气温度过高、烟气中 NOx 含量过高和喷吹压力过高是造成滤袋破损失效的主要原因。