大型钢结构多向钢节点电弧增材制造工艺

摘要:多向钢节点作为连接大型钢结构的关键构件,承载钢结构建筑各方向的力,对其安全性起至关重要的作用。基于七向钢节点结构特点,文中研究了电弧增材制造钢结构建筑的七向钢节点,采用分区成形、平曲面切片及摆动填充的路径规划方法,将其分为直臂圆管区、相贯区和支管延长区3个区域,相贯区包括两管相贯、三管相贯和四管相贯3 种类型。直臂圆管区和支管延长区采用摆动工艺进行堆积,两管相贯、三管相贯和四管相贯区分别采用曲面切片的路径规划进行堆积。对堆积完成的构件进行成形精度检测、微观组织的观测和力学性能的测量。结果表明,七向钢节点构件成形尺寸偏差为±1.32mm,成形精度较高。微观组织为铁素体和珠光体,构件的抗拉强度和屈服强度相对于同成分铸件分别提高了约30%和105%,电弧增材制造的七向钢节点满足使用要求。

冷弯薄壁G 形截面柱轴压承载力研究

摘要: 冷弯薄壁型钢柱可以做成多种截面形式,其中最常用、研究最多的是U形截面(又称槽形截面)和C形截面。然而,冷弯薄壁型钢柱在拥有自重轻、施工周期短等优点的同时,也容易发生屈曲破坏,不利于结构受力。以往的研究表明: 带有复杂卷边的冷弯薄壁槽钢柱(又称G形截面柱)具有较高的极限承载力以及畸变屈曲临界应力。采用试验及有限元分析方法,对两端铰接G形截面柱的轴压受力性能进行研究。为了解不同截面尺寸以及构件长度对G形钢柱破坏模式和极限承载力的影响,对18根名义厚度为2.0mm的冷弯薄壁G形截面柱进行了轴压试验,分析了构件的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线以及极限承载力。构件共有三种截面尺寸(名义腹板高度分别为150,200,300 mm),构件长细比的变化范围为15~70。试验前对构件的实际尺寸、材料属性和初始几何缺陷进行了测量。试验中观察到: 名义腹板高度为150mm的构件发生畸变屈曲破坏; 对于名义腹板高度为200mm和300mm的构件,当构件长度小于或等于1000 mm时,发生局部屈曲破坏,其余长度的构件发生局部与整体相关屈曲破坏,局部屈曲的半波长度与柱子腹板高度大致相等。然后在有限元分析软件ABAQUS中建立有限元模型对构件进行模拟,并基于试验结果验证了模型的准确性。随后利用验证后的有限元模型分析截面翼缘宽厚比、腹板高厚比和复杂卷边尺寸对冷弯薄壁G形截面柱极限承载力的影响。结果表明,G形截面柱极限承载力随着翼缘宽厚比以及复杂卷边尺寸的增加而增加,随着腹板高厚比的增加而降低。

纳米改性水泥基材料功能化研究进展

摘要:传统水泥基材料功能单一,无法满足现代社会快速发展的物质文明与复杂工程需求。现代建筑的智能化进程对水泥基材料的发展提出了新挑战,除了满足高强度、高耐久性等基本要求,还需要其具有多样化的附加性能(如保温、耐火、自清洁、电磁屏蔽以及离子固化等),以推动现代建筑的多功能化发展,实现建筑的智慧化转型,布局智慧城市建设。此外,为响应国家新材料新能源发展战略的要求,建筑的节能环保效应成为了水泥基材料发展与应用的又一重大难题。因此,越来越多的研究致力于纳米改性水泥基材料的多功能化发展,旨在为现代水泥基材料的绿色转型及建筑的智慧化转型提供应用基础。本文从纳米SiO2、纳米TiO2、碳纳米管(CNT)及氧化石墨烯(GO)等纳米材料对水泥基材料的功能化改性入手,比较与分析了不同纳米材料的特性、掺入方式及掺量等因素对水泥基材料功能化改性性能的影响;从材料层面分析了不同改性方式对水泥基材料功能化的主要影响机理。最后,本文以“纳米改性-功能化”对应关系的建立为前提,提出了纳米改性水泥基材料多功能协同发展的概念,为现代建筑绿色可持续发展提供依据并提出了展望。

建筑结构用抗震耐蚀耐火钢Q460FRW低温冲击韧性性能分析

摘 要:为验证建筑结构抗震耐蚀耐火钢Q460 FRW 抗低温冲击性能的设计要求,用SANS 型摆锤式冲击试验机对Q460 FRW 钢开展抗低温冲击韧性试验,并进行了试样断口微观形貌的分析。试验结果表明: Q460 FRW 钢在低温环境下能保持较高的冲击功和良好的冲击韧性。关键词:Q460FRW 钢; 低温抗冲击性能; 断口形貌分析

新型免涂装建筑用耐候钢的耐蚀性

摘要:添加微量Cr、Cu、Ni和Mo元素开发了免涂装建筑用耐候钢,通过周期浸润加速腐蚀试验和电化学腐蚀试验,对比分析了普通碳素钢和耐候钢在模拟工业大气和海洋大气环境中的耐腐蚀性能。结果表明:耐候钢的抗拉强度、屈服强度和-40℃冲击功均明显高于普通碳素钢的,具有较好的强度和低温冲击性能;在模拟工业大气和海洋大气中,耐候钢的腐蚀速率明显小于碳素钢的;随着腐蚀时间延长,碳素钢和耐候钢锈层中Fe3O4含量逐渐增加,碳素钢中β-FeOOH含量先减小而后增大,α-FeOOH相与γ-FeOOH相的体积比(α/γ)值先增大而后减小,而耐候钢中β-FeOOH含量不断减小,α/γ值逐渐增大,表明β-FeOOH和γ-FeOOH有朝着更加稳定的α-FeOOH转变的趋势;周期浸润加速腐蚀试验和电化学腐蚀试验结果相吻合,即耐候钢的耐腐蚀性能优于碳素钢的。

国内现役高铁站站台钢结构雨棚防护涂层失效情况分析

摘要:对国内现役高铁站站台钢结构雨棚腐蚀情况进行了考察,归纳了不同结构形式站台雨棚钢结构防护涂层的病害情况,分析了病害出现的原因,并探讨了防护及维修需要深入研究的几个问题,从预防和维护两个方面提出了可能的解决途径。

高性能水性环氧涂层及涂层钢筋应用研究进展

摘要:氯盐环境下混凝土结构中的钢筋易被腐蚀,钢筋腐蚀后不仅导致混凝土结构服役寿命缩短,威胁结构安全,甚至造成巨大经济损失。环氧涂层被认为是防止钢筋锈蚀和提高混凝土结构耐久性的有效方法之一,本文针对目前环氧涂层特点及环氧涂层钢筋现状,结合本研究团队近年来研究工作,探讨了国内外水性环氧涂层制备技术;分析了柔性纳米粒子与刚性纳米微材对水性环氧涂层物理力学性能和耐腐蚀性能的影响及其协同增韧机理;探讨了应用改性聚氨酯对水性环氧自修复性能的影响及其调控机理;分析了应用硅烷偶联剂改善水性环氧底涂与钢材粘结性能,引入石墨烯聚苯胺提高中涂耐腐蚀性能,以及适度增加填料颗粒度改善面涂粗糙度及涂层钢筋与混凝土粘结锚固性能的作用机制;阐述了深入开展多功能、多尺度、多层级水性环氧涂层钢筋防护的必要性。结合标准编制工作介绍了水性环氧涂层钢筋研究进展及性能指标,最后简要介绍了水性涂层钢筋应用研究概况。本文对应用水性环氧涂层钢筋提升复杂环境下混凝土结构的耐久性具有理论意义和工程价值。

玻璃纤维增强复合材料管约束装配式混凝土桥墩抗震性能

摘要:为提高装配式混凝土桥墩在地震作用下的结构性能,设计并制作了2个不同厚度的玻璃纤维增强复合材料(GFRP)管约束桥墩(SPCG1、SPCG2) 和1个无约束对比桥墩(SPC),柱与承台采用灌浆套筒进行预制拼装连接。拟静力试验结果表明,GFRP 管约束有效改善了墩柱塑性铰区的破坏,提升了装配式混凝土桥墩的抗震性能。相比SPC,SPCG1 和SPCG2 的极限位移分别提高了23.2% 和30.9%,延性系数分别提高了16.7% 和54.6%,在7% 漂移率下的剩余承载力分别提高了103.3%和90.4%,残余位移分别降低了21.4% 和32.0%。建议的该类预制拼装桥墩的损伤量化区间和定性描述可为相关实际工程应用提供参考。

海洋环境多因素影响下钢筋混凝土构筑物的全寿命预测

摘要: 基于现代混凝土技术的发展,即使钢筋周围混凝土中的Cl-含量达到临界值,仍可有效延缓钢筋的腐蚀发展,定义海洋环境钢筋混凝土构筑物的全寿命T 为钢筋腐蚀诱导阶段t0和腐蚀发展阶段t1 之和。分别对t0 、t1 进行模型预测。在t0 阶段,基于Fick第二定律,考虑混凝土对Cl- 结合、Cl-扩散时间依赖性与材料缺陷、劣化等对Cl-扩散性影响,建立多因素影响的混凝土Cl-扩散模型。采用反函数等严密推导该模型,计算了保护层厚度达到钢筋开始锈蚀的临界Cl-含量所需时间。在t1 阶段,基于弹性与断裂力学,考虑钢筋与混凝土界面间隙层对初期锈胀的缓冲,计算了锈蚀膨胀使钢筋与保护层组成的环状筒体达到其极限拉应力所需的径向临界锈胀应力,预测了产生该锈胀应力所需时间。

钢-混凝土组合梁的材料协同效应与工程实践——以某大跨度桥梁为例

摘要:钢-混凝土组合梁通过材料协同效应显著提升了结构性能,为复杂环境下的桥梁工程提供了创新解决方案。本研究以某90m大跨度钢-混凝土组合梁桥为对象,系统分析了材料协同机制及其在强震区与高交通荷载下的工程适用性。通过静力与动力荷载试验结合有限元模型,验证了Q235钢与C40混凝土的协同工作性能:钢梁底部最大拉应力达89MPa,混凝土板顶面最大压应力为6.5MPa,二者协同工作符合“ 钢受拉-混凝土受压”的受力机制,栓钉连接件(滑移量<0.5mm)有效保障了界面剪力传递。试验结果表明,组合梁跨中最大挠度为23.60mm,校验系数在0.85~1.02,基频为2.8209Hz,高阶频率分布合理(10.71~41.20Hz),具备优异的刚度、承载力与抗震性能。材料协同设计减少钢材用量20%~40%,降低碳排放,且施工便捷,经济性突出。研究进一步提出采用C50及以上混凝土可使弹性模量提升12.8%,跨中挠度降低7.2%。未来需深化高强度材料匹配、新型连接件开发及全寿命性能评估,结合智能化技术推动钢-混凝土组合梁在绿色低碳工程中的标准化应用。