钢桥疲劳研究进展

摘要:系统归纳与剖析了钢桥疲劳研究新进展,总结了钢桥疲劳荷载、疲劳机理、抗疲劳设计方法、疲劳安全监测与评估、疲劳安全维护等方面的创新成果,探讨了钢桥建设与运维面临的技术挑战,展望了钢桥疲劳创新研究发展方向。研究结果表明:(1)已研发的与桥位处交通荷载特征、结构型式、设计使用年限匹配的车辆、列车、温度疲劳荷载模型,推进了长寿命桥梁抗疲劳设计理论的完善;(2)采用车辆-温度耦合疲劳应力的“冲浪”计算模型能够较好反映钢桥实际疲劳损伤度,温度与车辆耦合作用下的疲劳累积损伤度比仅考虑车辆作用时大10%~15%;(3)涌现了物理疲劳试验、数字疲劳试验和原位疲劳试验技术相融合的疲劳机理研究新范式,部分改变了传统疲劳认知,探明了畸变变形比、应力比对畸变疲劳行为与细节疲劳强度的影响规律,发现了实桥拉吊索服役大应力比条件下钢丝疲劳强度骤降现象,揭示了拉吊索钢丝强度等级由1670MPa提高到2060MPa时钢丝疲劳强度先增大、后下降的客观规律,明确了耐候钢桥细节腐蚀后疲劳强度并未下降的客观事实;(4)全桥多物理场、跨尺度和多概率疲劳孪生模型的构建已逐步实现,促进了数据原生、数据相生和虚实共生的钢桥疲劳元宇宙技术的诞生;(5)为解决钢桥细节带疲劳裂纹工作状态下的设计难题,需要把疲劳裂纹作为控制结构使用功能和安全的关键技术指标,采用损伤容限理论进行钢桥抗疲劳设计;(6)为突破裂纹感知和荷载获取的技术瓶颈,需将声发射、数字摄像/摄影、计算机视觉技术、深度学习等人工智能新技术深度融合,创建钢桥数字化疲劳荷载与损伤监测数据库,为钢桥疲劳机理、设计与评估方法研究提供完备信息;(7)为解决传统线性累积损伤评估模型无法对开裂细节疲劳寿命进行预测的技术难题,需构建基于数字孪生技术的钢桥数字疲劳评估模型,实现疲劳裂纹跨尺度、全程精准数字化描述,建立钢桥疲劳智能监测-孪生模拟-智能评估-智慧决策一体化数字疲劳评估平台;(8)冷维护技术能够对钢桥疲劳裂纹进行靶向、高效加固,且可实现对原结构零损伤或微损伤,能在不中断交通条件下实施,应用前景广阔;(9)针对钢桥疲劳损伤程度、性能提升与延寿目标需求,可灵活运用冷维护、热维护和冷-热混合维护技术,实现钢桥疲劳维护的强韧化、轻量化。

建筑装饰材料智能修复涂层制备方法探析

摘要:随着社会经济的发展,建筑装饰材料的使用不可或缺,其长久性和稳定性受自然环境腐蚀的考验。施加涂层是有效的防腐手段,解决自修复涂层稳定性和长久性的问题也是防腐科学研究和实际应用的前沿。综述了几种常见的自修复涂层的制备及防腐机制:外援型自修复涂层,在涂料中添加含成膜物质/缓蚀剂的微胶囊,当涂层受到机械冲击后胶囊随之破裂并释放成膜物质/缓蚀剂,形成保护膜或抑制电化学反应保护金属基底;本征型自修复涂层,其涂层基质对环境因素敏感,在环境刺激下通过恢复涂层基质聚合物网络中内在化学键和/或物理构象而修复涂层,其主要包括动态键型和形状记忆型自修复涂层;多重自修复涂层,通过将含有成膜剂/缓蚀剂的微胶囊掺进可恢复涂层基质聚合物中,使其兼顾外援型和本征型自修复涂层的性能。总的来说,自修复涂层的防腐机制主要是通过在涂层中添加缓蚀剂/成膜物质或使涂层恢复活性来抑制涂层下的金属电化学腐蚀,目前建筑装饰用的自修复防腐涂层已逐步应用到建筑防腐工程中,但仍需要在多个方面进行更加深入的研究,多重自修复涂层是未来自修复涂层研究和应用发展的方向,其长效稳定性及制备工艺是主要的科学问题。

混凝土表面防腐涂料研究进展

摘要:混凝土是典型的非均质多孔材料,易受到环境中侵蚀离子介质的侵蚀,导致混凝土及其内部钢筋腐蚀,进而影响混凝土结构的性能并缩短其使用寿命。在众多防护措施中,采用表面防腐涂料是防止混凝土腐蚀、延长其结构服役寿命的最经济有效方法。基于此,本文系统总结了4 类混凝土表面防腐涂料:表面成膜型、孔隙封闭型、疏水浸渍型和多功能表面处理型。探讨了每种涂料防护机制、防腐性能及存在的问题与不足。其中,重点分析了不同改性方式对混凝土表面防腐涂料增强效果的影响:有机/无机复合涂料能实现优势互补,显著提升涂料整体性能;有机硅和有机氟的低极性使改性后聚合物的表面能降低,从而显著提升涂料疏水性和耐化学稳定性;添加纳米颗粒能改善涂料力学性能和耐久性;构建特殊纳米结构能改善纳米颗粒团聚性,提高涂料疏水性能。展望未来,高效、安全、低成本、适用性强的混凝土表面防腐涂料是研究的重点,尤其是水性防护涂料与可再生材料的结合、纳米复合改性新型涂料及自修复涂料等。

新型建筑节能镀膜玻璃研究进展

摘要:“双碳”目标对绿色建筑和节能玻璃提出了更高的要求. 我国是浮法玻璃制造大国, 平板玻璃年产量占全球总产量的60%以上. 普通浮法玻璃不导电、不节能, 通过玻璃门窗散失的热量约占整个建筑物散热量的50%. 玻璃表面改性是实现玻璃功能化的有效途径, 通过镀膜赋予普通浮法玻璃节能功能, 对减少碳排放和能源发展战略的实施至关重要. 本文围绕课题组在建筑节能镀膜玻璃基础理论、关键技术和工程化应用研究中取得的主要研究成果, 系统总结了近年来低辐射镀膜玻璃、阳光控制镀膜玻璃和电致变色智能玻璃的研究进展. 低成本、大面积、高效稳定制备技术是建筑节能镀膜玻璃的发展需求, 智能化、定制化、系统化是建筑节能镀膜玻璃未来发展趋势.

铁路无涂装耐候钢桥梁关键技术及应用示范

摘要: 研究目的:无涂装耐候钢桥梁已成为欧美和日本等发达国家钢桥的一种发展趋势,其应用较为广泛。而我国无涂装耐候钢桥梁起步较晚,缺乏成功应用的经验,更无可执行的设计和制造规范。本文依托拉林铁路藏木大桥开展铁路无涂装耐候钢桥梁建造关键技术研究,积累无涂装耐候钢桥梁在设计和制造中的经验,为铁路无涂装耐候钢桥梁技术规范的编制和在我国铁路桥梁上推广应用打下基础。研究结论:(1)根据钢材受力和耐久性要求,提出了无涂装耐候钢力学性能、焊接性能、耐候性能等要求,完成了耐候指数大于6.5的桥梁用无涂装耐候钢化学成分设计和试验;(2)基于易于形成和保护稳定锈层,提出了无涂装耐候钢桥梁结构构件和排水布置细节设计要求;(3)提出了针对耐候钢特点的制造要求;(4)本研究成果可为铁路无涂装耐候钢桥在我国的推广应用起到参考和示范作用。

建筑用碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备及其性能研究

摘要:选择以T700碳纤维为增强相,将碳纤维经浓NHO3浸渍处理0,40,80,120和160min后掺入到环氧树脂中,制备了碳纤维增强环氧树脂复合材料。分析了浸渍时间对复合材料微观形貌、力学性能和热稳定性的影响。结果表明,经浓NHO3浸渍的碳纤维表面粗糙度增大,沟槽数量和深度增加,碳纤维和环氧树脂的结合强度增大;随碳纤维浸渍时间的增大,复合材料的界面剪切强度、层间剪切强度、弯曲强度和弯曲模量均先增大后减小,当浸渍时间为120min时,复合材料的界面剪切强度和层间剪切强度均达到了最大值,分别为80.2和90.3MPa,其弯曲强度和弯曲模量也达到了最大值,分别为902.6MPa和79.3GMPa,且应力-应变最高点增大,弯曲性能提高;在800℃下浓NHO3浸渍处理120min的复合材料的残炭率最大为58.2%,热稳定性最佳。

6060替代6061铝合金模板可行性分析

摘要:利用CAE分析技术建立了铝模板各个构件的有限元模型,根据实际的工况条件对6061和6060两种铝合金模板进行了强度分析,得出铝模板堵板、内角板和墙板的应力和位移分布云图。仿真结果表明,6061铝模板和6060铝模板两者的最大应力及挠度值相差很小,堵板、内角板和墙板的强度需求值均小于对应材料屈服强度,在满足使用要求的同时提高挤压效率和制品质量,6060代替6061 铝模板具有可行性。

大跨径钢混组合箱梁工厂化制造关键技术

摘要: 采用新型材料粗骨料活性粉末混凝土桥面板的新型钢-混凝土组合箱梁,具有高抗压、高抗拉、高弹性模量的优点。在不改变钢混组合结构优良力学性能的前提下,较传统钢混组合箱梁可有效减小桥面板的结构尺寸,达到减轻组合梁自重,提升大跨径跨越能力的优势。虽然该新型钢混组合箱梁有诸多优点,但同时也存在桥面板预制精度高、开口钢梁刚度弱、几何尺寸控制难度高、桥面板与钢梁叠合精度要求高、节段匹配及预拼线形要求高、湿接缝施工中钢筋定位尺寸和结构尺寸的二次变形控制难度大的施工难点。现有施工技术无法满足施工质量和精度控制目标,为此本技术针对该新型钢混组合箱梁的工厂化制造开展技术攻关,形成一整套的技术创新成果,主要包括: 1) 研发了混凝土桥面板高精度预制技术,该技术通过基线法控制预埋件制作精度、大型高精度组合式模具的应用和智能化生产线的标准化预制工艺,实现对新型钢-粗骨料活性粉末混凝土桥面板钢筋和预埋钢构件的精确定位及整体外形尺寸的精确控制。2) 研发了钢混组合梁高精度总拼技术,该技术通过带拱无裕量连续匹配总拼、测控网测控、匹配约束定位工艺、预制桥面板高精度叠合工艺,实现对新型桥面板钢混组合箱梁高精度总拼控制。3) 研发了纵向湿接缝施工精度控制技术,该技术通过刚性支撑复原系统、可调式组合湿接缝底模、高精度钢筋定位模具及智能化湿接缝施工生产线,实现湿接缝钢筋高精度定位及组合梁整体尺寸精度控制。目前技术成果已成功应用于南京长江第五大桥跨江主桥的钢混组合梁的工厂化制造,通过检测验收及桥位的安装验证,实现了新型钢混组合箱梁制造精度控制目标,保证了桥梁顺利安装架设。

轧制产品组织性能柔性控制在建筑和汽车用钢开发中的应用

摘要:以建筑和汽车用钢为例,介绍了轧制产品组织性能柔性控制技术在不同类型钢种开发中的应用情况。阐述了一钢多能与组织性能柔性控制的关系和实现方法。介绍了超细晶粒钢中晶粒细化机理、晶粒尺寸与强度的关系。对新提出的UniSteel的概念、理论基础和实现方法进行了较为详细的介绍,对UniSteel衍生的HSLA、DP、Q&P和PHS等钢种的组织性能柔性控制方法进行了阐述。

高稳定性超疏水水泥基材料涂层制备及性能研究

摘 要: 通过改性铜网复刻和SiO2相结合共同作用构建水泥基材料微纳米粗糙表面,并采用十八胺接枝腐殖酸作为低表面能物质修饰该表面制备出高稳定性超疏水水泥基材料涂层。研究了涂层中掺入不同浓度SiO2及改性铜网复刻对其疏水性能的影响,并测定出SiO2掺入最佳浓度。关键词: 超疏水;水泥基材料;表面特性;微观结构;吸水量;稳定性