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。

钢纤维取代部分钢筋的地坪设计及应用

摘要:随着重载地坪建造技术的更新迭代,钢纤维混凝土相较于传统钢筋混凝土在施工成本、工艺和质量方面具有显著优势。本工作提出了地坪设计中钢纤维取代部分钢筋的设计方案,通过计算验算了掺有钢纤维的混凝土的荷载承载力,并总结出钢纤维混凝土的应用优势和应用场景,可为同类施工设计及计算方式提供参考。

高强结构钢连接研究进展

摘要: 高强钢用于钢结构可节省用钢量,降低钢结构制作、运输和安装成本。由于高强钢力学性能与普通钢具有不可忽视的差异,近年来国内外学者开展了大量的高强结构钢应用研究工作。高强钢结构在工程中应用除需进行合理的构件设计外,还需为高强钢构件之间设计高效的连接以形成安全、可靠的结构。关键词: 高强钢结构; 焊接连接; 螺栓连接; 研究进展

中国大跨度桥梁最新进展与展望

摘要:调研国内外特大桥的应用现状,中国大跨度桥梁近15年来取得了巨大的成就,截至2019年12月,世界上已建成的大跨度斜拉桥前10座有7座在中国、世界上已建成的铁路/公铁两用斜拉桥跨径排名前8位均在中国、世界上已建成的大跨度悬索桥前10座有6座在中国。归纳与总结中国大跨度桥梁在新结构、新材料、新装备和新技术应用等方面的最新进展成果,在此基础上对中国大跨度桥梁的发展方向进行展望:大跨度桥梁建造技术将得到全方位的提升、大跨度桥梁基础将会多元化发展、更高强或新型材料将会用于大跨度桥梁、大跨度桥梁新装备与新技术将会不断涌现。

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。