模块化钢结构体系建筑产业化技术与示范综述

摘 要: 通过对模块单元的分析和研究,提出了模块尺寸的选型建议,并通过不同功能模块的组合,形成典型的模块化宿舍、住宅、办公、学校等建筑方案。。通过系统研究模块单元的设计、制造、运输、安装等全过程,形成了模块化钢结构建筑产业化的成套技术,并以示范性生产基地、示范工程及系列化产品,加快推动模块化钢结构建筑的市场规模化应用。关键词: 模块化钢结构; 拼接节点; 标准化设计方法; 一体化; 产业化

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。

装配式混凝土结构体系研究进展

摘要: 装配式混凝土结构具有跟传统现浇结构截然不同的施工工艺及节点构造,并能方便地与预应力、新材料等技术有机结合,突破了现浇结构的一些局限,因而能带来良好的结构体系性能、乃至新颖的结构体系形式,符合我国产业升级和绿色发展的要求,已经成为目前建筑业结构调整和转型升级的必然途径。但现阶段装配式混凝土结构体系繁多,发展应用缓慢等突出问题在一定程度上限制了其理论发展和工程应用。本文从体系形式、优缺点、试验研究等方面论述了装配式混凝土框架结构、装配式混凝土剪力墙结构、空间盒式结构与模块建筑结构等几类适用于多高层工业与民用建筑的装配式建筑结构体系,聚焦于体系层面、尤其是装配式混凝土抗侧性能的特点,重点介绍并梳理了最新研究进展,以期为后续装配式混凝土结构的理论研究及发展应用提供相应参考。

钢基体表面磷酸钾镁水泥基防腐涂层的研究进展

摘要:磷酸钾镁水泥(Magnesium Potassium Phosphate Cement, MKPC)作为一种新型无机胶凝材料,具有凝结速度快、早期强度高、结构致密、耐磨性能好等特点。以磷酸钾镁水泥为黏结剂,通过添加剂、矿物掺合料及复合改性等方法对其进行改性,可制备出具有优异防腐性能的金属防护涂层,其主要用于钢材表面的防腐蚀保护。本文总结了磷酸钾镁水泥基涂层的水化与防腐机理,及其材料组分和配合比对涂层防腐性能的影响,重点概述了磷酸钾镁水泥基防腐涂层的改性研究,介绍了该类涂层的施工工艺与性能评价方法,并对磷酸钾镁水泥基涂层在防腐领域中的发展前景进行了展望。

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。

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。

超材料混凝土减振性能研究现状与展望

摘要:超材料混凝土作为一种具有振动衰减效应的新型材料,由包裹弹性软涂层的金属重芯取代天然粗骨料,与砂浆搅拌而形成。当受动力作用时,超材料混凝土能够利用人工骨料局部共振产生的带隙,衰减混凝土的振动响应。近年来,超材料混凝土因其在高频动力作用下显著的减振性能,在结构抗爆抗冲击领域受到了高度关注,通过改变人工骨料的结构,已经研发出多种形式的超材料混凝土,并针对其振动衰减性能开展了系统的理论分析、数值模拟和试验研究。为推动超材料混凝土在土木工程领域的研究和应用,该研究对超材料混凝土减振性能的研究工作进行了系统地归纳总结,探讨了超材料混凝土在工程性能方面存在的问题和瓶颈,并对超材料混凝土减振性能的研究方向和应用前景进行了展望。

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。

钢桥梁焊接技术现状及未来展望

摘要:随着桥梁设计水平的提高以及加工设备和施工装备水平的提升,我国桥梁建设取得了快速发展,各类造型别致、在世界桥梁建设史上具有一定影响力的桥梁不断涌现。焊接作业是钢桥梁制造过程中的重要工序之一,对确保钢桥梁耐久性至关重要。结合近几年钢桥梁建设实例,简要介绍了我国耐候桥梁钢、高性能桥梁钢焊接技术的应用情况与取得的成果,以及双丝与多丝埋弧高效焊接技术、焊接变形机械矫正技术和自动化焊接技术在钢桥梁制造过程中的应用情况,并对钢桥梁焊接技术的发展前景进行了展望。