科技前沿

据报道,近日,德国研究机构提出了一种基于变形蝶翅膀表面结构的技术,以生产用于外墙和屋顶的彩色BIPV板。研究人员的技术是基于变形蝶翅膀的表面结构—这是一种美洲热带的蝴蝶品种,具有耀眼的彩虹色翅膀,通常有明显的蓝色区域。这些翅膀具有微米级的精细表面结构,能特异性地反射窄范围的波长。弗劳恩霍夫ISE的科学家们利用真空工艺成功地将类似的表面结构应用于其太阳能模块的盖板玻璃背面。     

聚乙烯管道变形分布式光纤监测试验研究

聚乙烯材料的管道易于变形,因此对其在安装和运营过程中的变形监测是一项十分重要的工作。布里渊光时域反射计(BOTDR)是一项新型的分布式光电传感应变监测技术,已被广泛应用于结构物的变形监测中。本文基于该项技术,设计了一套聚乙烯管道变形分布式光纤监测试验方案,对聚乙烯管道纯弯曲变形进行了试验研究,获取了管道表面光纤沿线的应变分布,据此分析了管道的变形方位,并推算出纯弯曲状态下的管道转角,验证了该技术在聚乙烯管道分布式监测中应用的可行性,为地下管道的一站式在线监测提供了一种新的技术方法。     

GPS在结构健康监测中的研究与应用进展

在土木工程领域,采用GPS对建(构)筑物进行健康监测是该学科发展的一个新的突破,因其具有高效、快速、全天候、全自动等优点,近年来基于这一技术的健康监测方法在特大型建筑物的变形监测中开始应用.首先阐述了结构健康监测的必要性和迫切性,简要回顾了传统的结构变形监测方法,然后探讨了GPS技术的发展历程,重点讨论了GPS中的RTK技术的原理、特点和当前国内外的应用情况,最后对基于RTK技术的健康监测方法在土木工程中的应用前景进行了展望.     

结构面分布特征对隧道围岩变形影响的数值模拟分析

结构面对隧道围岩变形及稳定性起着决定性作用。运用三维离散元方法(3DEC)研究结构面分布特征,重点是结构面线密度1/λ、强度和倾角对隧道围岩变形的影响,总结了结构面分布与围岩变形特征的关系。结果表明,在结构面强度较低的情况下,结构面线密度对隧道变形的影响较大,其影响可分为两种情况:①λ≤0.2时,围岩的弯曲变形大于沿结构面的剪切变形,属于应力型大变形;②0.2<λ≤0.4时,沿结构面的剪切变形大于围岩的弯曲变形,属于结构型大变形。结构面倾角主要影响围岩大变形发生的位置。将数值模拟结果与国内工程实例实测变形资料相对比,发现一致性较好。本研究结果对隧道支护结构的设计以及施工设计具有借鉴意义与指导作用。     

恭城-栗木断裂带活动特征及其与地质灾害的关系

作为广西24条深大断裂之一,恭城-栗木断裂带的现有研究状况与其重要地位极不相称.以断层岩为主要研究内容,从变形结构、变形环境与古应力场等方面人手探讨了断裂带的活动特征,并分析了其与地震和岩溶塌陷等地质灾害成生之间的联系.研究认为:(1)断裂带属脆性一脆韧性变形域,具有多期次的活动历史,新近构造应力场的主压应力轴有自东西方向向西北方向逆时针旋转的作用轨迹;(2)断裂带的变形结构及活动特征与区域地震的发震及其迁移规律相协调.遵循区域地震发震的折返规律,该断裂可能再次活动并成为控震断裂;(3)断裂带对沿线岩溶作用过程和岩溶塌陷的发育具有时空控制作用,其伴生的岩溶塌陷不仅具有高发概率和高危害性,而且具有可循的规律性.     

基于桥梁自然纹理的全场位移监测方法∗

结构健康监测系统在桥梁上的测点十分有限,测试数据不完备导致结构安全状态评价困难。提出一种自然纹理条件下的结构全场位移监测方法。通过尺度不变特征变换算法提取结构表面自然纹理特征点,将提取的自然纹理特征点作为结构变形前后的点源数据,通过特征点匹配建立起变形前后特征点的位置关系。进一步,建立结构变形前后自然纹理特征点相对位置变化数学模型,提出结构全场位移矢量计算理论。最后,通过试验梁对方法进行验证,获得了试验梁的全场位移监测结果。验证结果显示,结构边缘挠度最大误差 4.94%,平均误差为 2.08%, 全场位移矢量最大长度误差 0.68 mm,最大角度误差 0.76°,计算得到的全场位移矢量与结构实际变形一致。     

预制上筒⁃基础杯口嵌入型连接结构受力特性分析∗

当前装配式结构和工业化建造是土木工程重点发展的方向,预制上筒-基础杯口嵌入型连接结构作为近海土木工程领域典型的装配式结构,具有基础性研究意义.采用刚性理论方法、有限单元法、弹性理论方法对该类型连接结构受力特性进行研究,推导相关理论计算公式,并基于工程计算实例进行对比分析.研究发现,若灌浆粘结可靠、杯口和上筒之间固接时,结构变形较小;若灌浆粘结失效,杯口和上筒之间发生摩擦滑移而产生较大位移,且上筒变位随杯口高度增加而减小,当杯口高度在3.0m及以上时,变位数值较为合理.相对刚性理论计算公式,基于上筒变形形态、接触摩擦传力方式建立的简化弹性理论公式与有限单元法结果误差较小;其中杯口高度为2.0m时,平均误差约10％,杯口高度为3.0m、4.0m时,平均误差降低为7％、6％左右,结果较为接近;计算结果验证了简化弹性理论公式的合理可行性.     

多孔金属材料刚柔吸能结构及其在冲击地压巷道支护中的应用

多孔金属材料是一种新型功能和结构材料,具有良好的吸能、减震和阻尼特性.根据多孔金属材料的吸能特性,研究了多孔金属材料耗散能量准则,分析了多孔金属材料应用于冲击地压巷道支护的可行性.基于多孔金属材料的耗散能量准则,首次建立了刚柔吸能支护结构模型,将多孔金属材料应用于冲击地压巷道支护结构中,并利用FLAC3D计算软件,对刚...     

基于压电纤维复合材料的风沙冲击力传感器研究∗

沙尘暴是一种多发于沙漠等干旱地区的灾害天气，建（构）筑物常受其影响被侵蚀甚至产生破坏，这种破坏的本质是风沙两相流中沙粒对结构表面冲击产生细微损伤的积累。为了深入探索这种风沙两相流对结构的冲击作用和沙粒冲击力在结构表面的分布规律，研究了采用压电纤维复合材料作为力传感器来测量风沙流场中沙粒冲击力的方法，通过标定试验建立了压电传感器所受沙粒冲击力与其输出电信号之间的数学模型，构建了基于压电纤维复合材料的风沙冲击力传感器。分别采用高频测力天平和压电传感器测量低矮房屋迎风面在风沙风洞试验中所受到的沙粒冲击力，验证压电传感器测量沙粒冲击力的适用性和准确性。结果显示：两种测力方式的结果总体相差在-4.72%~5.80%，两种试验结果吻合良好；建筑物迎风面内侧所受到的沙粒冲击力大于外侧所受到的沙粒冲击力，沙粒冲击力的分布与表面风压力分布具有一定相关关系。研究成果可为结构防风沙灾害的相关研究提供参考。     

排桩+斜支撑在某大面积基坑开挖中的受力变形性状研究

随着基坑工程开挖面积越来越大,出现了一种排桩+斜支撑的组合支护结构。本文基于两阶段分析方法,首先采用Winkler地基模型模拟排桩的桩土作用,运用有限差分法考虑土的分层特性,然后应用水平受荷桩简化Mindlin解,考虑该组合支护结构的桩-桩相互影响,计算其遮拦效应,从而得到开挖条件下支护结构桩水平反应的简化分析方法。最后,结合济南某基坑工程实例,通过有限差分的方法,研究了排桩+斜支撑组合支护结构的受力变形特性。结果表明,该组合支护结构能够通过支撑桩和排桩的合理布置,有效调动基坑内部土体抵抗荷载,协调基坑土体变形以及支护结构的变形。     

北京故宫东华门城台分布式光纤监测研究

以北京故宫东华门城台墙体为监测对象,基于布里渊散射光时域反射测量技术(BOTDR)对北京东华门城台的北墙体、西墙体和中门洞的变形及渗漏进行了监测。监测结果显示:大部分感测光纤段的应变测量值分布在±100με测量误差范围内,只有城台西墙体部分横向感测光纤段的应变值分布在150~250με之间,表明在西墙体上部局部区域发生了十分微小的鼓胀变形,推断为墙体表面灰泥固化和气温变化引起灰泥热胀冷缩变形所致;城台温度变化没有发现异常区域,表明城台在监测时间段没有渗漏情况发生。因此,判断目前东华门城台整体结构是稳定的。     

一种新型让压管锚杆的变形特性及其支护作用机理分析

介绍了一种应用于深埋软岩巷道支护的新型让压锚杆的主要结构特点,通过拉拔试验分析了这种具有特殊让压结构锚杆的变形特性,给出了其应力应变关系曲线。基于巷道开挖引起的围岩应力变化以及锚固力与围岩变形的关系,分析了让压锚杆与围岩共同作用的协调性,深入探讨了让压锚杆的支护作用机理。最后,依据组合拱理论,给出了让压距离与支护强度间的关系,可为该新型锚杆的实际工程应用提供参考。     

基于神经网络模型的房屋震害易损性估计方法

结构易损性分析是震害预测工作中的一个重要环节.本文提出了一种基于人工神经网络模型的房屋震害易损性估计方法,文中以多层砖房结构的建筑为例,给出了易损性估计神经网络模型的输入向量设计方案和具有输出约束控制的BP神经网络模型.     

粘滞阻尼减震结构抗震可靠度简化分析

通过设置粘滞阻尼器减小结构的地震反应是一种有效的被动控制方式,为与现行抗震设计水平相适应,减震结构和控制装置的设计也应该以可靠度为基础。本文结合粘滞阻尼减震结构的受力特性建立了此类耗能减震结构动力可靠度分析的实用简化计算方法。首先通过等价线性化方法,给出了层间三线型恢复力模型的等效平均刚度,粘滞阻尼器采用等效线性化的力学模型,建立了安装粘滞阻尼减震结构的等效线性随机分析模型。然后采用随机状态空间方法进行了粘滞阻尼减震结构的地震反应分析,基于层间变形失效准则和首次超越理论分析了粘滞阻尼减震结构的可靠度,并以粘滞流体阻尼器的变形超过其自身极限变形作为阻尼器的失效模式,讨论了粘滞阻尼器可靠度的计算。最后通过一个设置粘滞流体阻尼器的框架结构计算实例,说明了这种方法的运用。该方法可以作为一种实用的方法对振动控制结构在不同破坏状态下的抗震可靠度进行分析,为基于性能的抗震设计和优化提供参考。     

风雨联合作用下风向对大跨度悬挑屋盖的压力分布影响研究

强降雨通常伴有强风作用,风向成为影响结构表面压力分布的重要因素之一。目前大跨度挑檐屋盖设计基本只考虑垂直于结构表面的单独雨荷载作用,对风雨联合作用下建筑表面压力分布研究甚少。研究风雨联合作用下,不同风向对大跨度悬挑屋盖表面的压力分布影响特性。基于数值模拟平台,采用欧拉-欧拉方法,模拟得到了不同风向工况下大跨度悬挑屋盖结构表面平均压力分布规律,并研究得到了一次自然降雨过程中最不利抗风雨位置,对相应大跨度悬挑结构设计提出了有益参考。     

分布式多重调谐冲击阻尼器减震控制研究∗

为提高颗粒阻尼器对高层结构多模态控制性能,将颗粒阻尼技术与多重调谐质量阻尼器(MTMD)结合,提出了多重调谐冲击阻尼器(MTID),基于一个 20 层非线性 Benchmark 结构验证了多目标优化设计的 MTID 相对于单个调谐冲击阻尼器(STMD)的减震优越性,并研究了采用不同布置准则的分布式 MTID 的减震性能。结果表明：优化设计的 MTID 在减小主体结构的动力响应、非线性变形和塑性损伤等方面均具有更优异的控制性能;基于主体结构的模态特性确定 MTID 系统中 TID 的安装位置非常有效,将各个 TID 均安装于振型幅值最大的楼层可获得最优的振动控制性能。     

混凝土叠合箱网梁楼盖火灾中破坏形态的试验研究北大核心CSCD

混凝土叠合箱网梁楼盖是一种由预制"叠合箱"和后浇肋梁连接而成的梁板合一的新型箱形截面密肋空心楼盖,根据楼盖上方是否有现浇层,可分为明箱和暗箱两种形式。本文对两种形式的叠合箱网梁楼盖在火灾作用下的破坏形态进行了试验研究。结果表明:1明箱形式的叠合箱网梁楼盖在火灾作用下很快被烧穿,楼盖失去防火隔断能力,但仍具有较高的承载能力,能够承受作用在楼盖上的荷载;2暗箱形式叠合箱底板混凝土在火灾中很快产生爆裂脱落,楼盖表面由于现浇混凝土层的存在没有出现烧穿现象;3叠合箱底板混凝土爆裂后,楼盖结构形式变成井字梁结构;4楼盖在火灾中产生的变形较小。     

混凝土叠合箱网梁楼盖火灾中破坏形态的试验研究

混凝土叠合箱网梁楼盖是一种由预制"叠合箱"和后浇肋梁连接而成的梁板合一的新型箱形截面密肋空心楼盖,根据楼盖上方是否有现浇层,可分为明箱和暗箱两种形式。本文对两种形式的叠合箱网梁楼盖在火灾作用下的破坏形态进行了试验研究。结果表明:1明箱形式的叠合箱网梁楼盖在火灾作用下很快被烧穿,楼盖失去防火隔断能力,但仍具有较高的承载能力,能够承受作用在楼盖上的荷载;2暗箱形式叠合箱底板混凝土在火灾中很快产生爆裂脱落,楼盖表面由于现浇混凝土层的存在没有出现烧穿现象;3叠合箱底板混凝土爆裂后,楼盖结构形式变成井字梁结构;4楼盖在火灾中产生的变形较小。     

双肢剪力墙考虑剪切变形和转动惯量时的自振周期

剪力墙结构在水平振动时的自振周期是确定地震作用时首要的动力特性参数.以双肢剪力墙为例,按是否考虑剪切变形和转动惯量的影响分成两种方法,根据结构自由振动微分方程及其自振周期公式,计算比较了不同墙肢宽高比下两种方法的计算结果,分析了剪切变形和转动惯量对结构自振周期的影响.计算结果表明:考虑剪切变形和转动惯量时,双肢剪力墙结构自振周期增加,且随着振型的提高自振周期涨幅增大;当左右墙肢宽度相等,墙肢宽高比大于等于1/7、1/9和1/12时,相应地计算结构第一、第二和第三自振周期时不能忽略剪切变形和转动惯量的影响.     

应用损伤指数的框架结构倒塌数值模拟分析

为了研究地震作用下框架结构的倒塌破坏过程,改进了原有的双参数损伤指数模型.采用非线性动力有限元法计算了结构在地震作用下的弹塑性位移时程反应,以改进的基于变形和耗能的双参数构件损伤模型计算了构件的损伤指数,并且采用加权法计算了结构的整体损伤指数.采用基于"三水准"损伤指数的抗震设防目标,对结构倒塌破坏过程进行了定量的评估,分析结果表明,改进后的损伤指数模型能定量化、连续化地描述结构的倒塌破坏过程.