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。

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。

水泥基电磁波吸波材料的研究进展

摘要: 随着科技的发展,大量电子设备的应用使电磁辐射风险骤增,对信息安全、军事安全、生态安全带来威胁。建筑吸波材料能够有效降低电磁辐射危害,对生态文明可持续发展具有重要意义。以水泥基吸波材料为例,从吸波剂对电磁波的损耗机理(电阻型、电介质型、磁损耗型)及水泥基体结构(层状、周期、多孔)方面归纳总结了水泥基吸波材料的发展现状与研究中存在的不足,并对该类材料未来的发展方向进行了展望,为研发理想吸波器提供参考。

二氧化碳泡沫混凝土研究现状及进展

摘要:【目的】 总结CO2泡沫混凝土(CO2 foam concrete,CFC)制备材料与工艺、固碳理论等方面的研究,分析CFC的固碳潜力,探讨CFC的应用前景与发展方向。 【研究现状】 综述混凝土胶凝材料、 混凝土发泡材料、 稳泡剂等CFC制备材料,预发泡法和混合发泡法等CFC制备工艺,CO2气泡成长和矿化过程,以及CFC固碳潜力等。【结论与展望】认为固废替代部分水泥作为CFC胶凝材料是重要的发展方向,CO2可溶性表面活性剂和纳米粒子配合使用是CFC发泡剂的优选,预发泡是目前CFC最常用的制备工艺; CO2的矿化是影响CFC泡沫稳定性的主要因素; 在CFC体系中,CO2优先与水化产物Ca(OH)2 发生反应,矿化反应是造成CO2泡沫大量破裂和发泡效果不明显的直接原因;CFC碳封存潜力明显,主要体现在混凝土骨架的碳化固碳和气泡孔的储碳。提出工业固废的掺入是提高CFC经济性的重要途径,发电、冶金等工业废气应作为CO2的主要来源,提高固碳能力和泡沫的稳定性是CFC的研究重点。

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。

现代织物类膜材料力学性能研究进展

摘要:织物膜材因其轻质、高强、耐候性及加工运输便捷等优势,广泛应用于公共建筑、应急救援、航空航天、工业及军事等领域。近年来,为精确分析织物膜结构并推动其在不同领域应用,织物膜材的力学性能成为研究焦点。为此采用CiteSpace对国内外20 余年的相关文献进行深入分析,通过可视化知识图谱阐述了织物膜结构研究热点的演化进程,并系统分析了织物膜材测试方法、力学性能及宏–细观本构模型等方面的研究进展。梳理发现国内膜结构的早期研究主要集中在结构找形和静力分析,随着膜结构在我国不同领域的深入运用,相关研究逐渐扩展到材料的本构模型、强度准则、结构风致灾变等方面:1) 织物膜材的拉伸性能与其细观结构、基布编织工艺、涂层工艺及纤维类型等多种因素相关,呈现典型的各向异性,其抗拉强度随偏轴角度的增加呈现“U”型和“W”型两种变化特征。2) 双轴剪切测试法可使得试件核心区域的剪应力呈均匀分布,目前被广泛应用于膜材剪切性能测试。3) 膜材撕裂强度受测试方法的影响显著,现有研究多集中在材料撕裂性能上,初始缺陷对膜结构的静、动力学性能的影响机理需进一步明确。4) 目前关于膜结构连接部位的研究多集中在膜片与膜片热合连接试件的面内拉伸性能上,忽略了面外荷载下连接部位易出现的剥离破坏。5) 织物膜材本构模型分为细观机理模型与宏观唯象模型,现有的宏观模型基本实现了膜材非线性、非弹性、黏弹性等力学特征的描述,细观模型多注重拉伸刚度预测,缺乏对抗拉强度预测的相关研究。织物膜材的研究目前已取得长足发展,但一些方面仍需进一步研究:1) 现阶段织物膜材分类依据单调,未考虑预定用途和特性差异,有必要对其分类依据进一步细化和完善。2) 撕裂破坏是膜结构的主要破坏模式,但现行设计规范中并没有得到充分的体现。3) 面内拉伸试验难以反映膜材热合区域真实的应力状态、力学性能和失效模式,热合焊接工艺对拼接膜材性能的影响机理有待研究。4) 目前关于织物膜材以及连接部位的疲劳性能研究极少,膜材的疲劳损伤机理尚未明确。

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。