机器人焊接技术在钢桥制造中的应用进展

摘要:在港珠澳大桥、深中通道等重大桥梁工程建设的推动下,近十年来我国的钢桥制造机器人焊接技术应用有了长足的发展。机器人焊接技术的应用大幅提升了焊接质量,有效提高了关键焊缝的抗疲劳性能。对板单元机器人、桥面板立体单元件机器人、便携式全位置机器人与钢护栏立柱机器人的焊接应用与发展情况进行了详细介绍,同时对钢桥制造机器人焊接技术发展趋势作了一定的展望。

高层建筑用钢板的生产现状及发展趋势

摘要:随着高层建筑的不断发展,建筑用钢板的需求量不断增加,性能要求也不断提高。介绍了高层建筑用钢板的性能要求,指出了建筑用钢向高强度、厚规格和高性能方向发展的趋势,重点阐述了低屈强比、窄屈服波动、抗层状撕裂、低屈服点、大线能量焊接和耐火等高性能建筑用钢的生产现状、组织机理和工艺路线。同时,概述了国内外钢铁企业高层建筑用钢板的先进生产技术。

氧化石墨烯基固废再生混凝土的制备及性能研究

摘要: 以普通硅酸盐水泥P.O42.5和氧化石墨烯(GO)为原料,固废材料选择再生钢渣和碎砖粗骨料,以钢渣取代水泥胶凝材料,碎砖取代混凝土中的碎石,制备了不同钢渣和碎砖取代率的氧化石墨烯基固废再生混凝土,测试了固废材料对再生混凝土力学性能、耐久性和破坏形态的影响。结果表明,钢渣取代率20%的再生混凝土的抗压强度和抗折强度达到了最大值,分别为41.50和4.50MPa;碎砖取代率30%的再生混凝土的抗压强度和抗折强度均达到了最大值,分别为40.40和4.12MPa。所有试样的破坏形态均为四角棱锥体外形,随着钢渣取代率的增加,裂纹数量减少,碎砖取代率增大后降低了混凝土整体的强度,破损严重。随着钢渣取代率的增加,混凝土的干缩率先降低后增大,钢渣取代率20%的混凝土干缩率最低为85.1×10-6;碎砖取代率的增加持续增大了混凝土的干缩率,收缩现象加剧。碎砖和钢渣取代的再生混凝土的氯离子扩散系数均随取代率的增加先降低后增大,钢渣和碎砖取代率为30%时,两种混凝土的氯离子扩散系数均为最低值,分别为1.33×10-8和1.47×10-8cm/s。

高强度密封钢丝绳在公路悬索桥吊索和斜拉索应用

摘要:针对传统悬索桥吊索PE护套易老化、维护成本高等问题,开发了高强度密封钢丝绳吊索技术,并实现首次工程应用。该技术采用锌铝稀土合金镀层密封钢丝绳,通过异型钢丝紧密扣合形成全封闭结构,抗拉强度1960MPa以上,弹性模量1.67×105MPa,相比较传统平行钢丝束,直径减小且免涂装。工程应用显示,密封钢丝绳吊索抗风雨和抗振能力显著增强,面接触设计降低钢丝间应力,运行维护成本降低。开发的WSC-ZZZZ-133型斜拉索通过JT/T775-2016规范抗弯疲劳测试。成果纳入团体标准T/CCTAS92-2023,为桥梁轻量化与耐久性设计提供技术支撑。

长寿命耐候钢桥全寿命周期经济性评估模型

摘要:基于桥梁全寿命周期成本分析理论,系统归纳了长寿命耐候钢桥各阶段成本组成特点,明确了长寿命耐候钢桥全寿命周期经济性评估内容与特征参数,给出了长寿命耐候钢桥成本计算基本假设;从免涂装耐候钢桥与涂装钢桥成本差异出发,对比分析了2种钢桥建设阶段、运营阶段成本计算方法,建立了长寿命耐候钢桥全寿命周期经济性评估模型;以中国3座长寿命免涂装耐候钢组合梁桥为例,计算了长寿命耐候钢桥全寿命周期各阶段成本,明确了涂装、维护方案对长寿命耐候钢桥全寿命周期成本经济性的参数化影响,分析了长寿命免涂装耐候钢桥全寿命周期成本经济性优势。研究结果表明:免涂装耐候钢桥与涂装钢桥成本差异主要体现在钢材与焊接材料价格、锈层检测成本、涂装维护成本与由此产生的环境及用户成本;与4种涂装钢桥相比,免涂装耐候钢桥全寿命周期成本减少11%~21%,在全寿命周期具有显著的经济性优势;水洗周期对成本具有显著影响,水洗周期从每6年1次增加到每年1次时,增加成本占全寿命周期成本差比的5%~11%;当免涂装耐候钢桥涂装面积达70%左右时,其全寿命周期成本大于涂装钢桥。长寿命耐候钢桥全寿命周期经济性评估模型可为桥梁方案设计与技术经济性比选提供依据,从而促进长寿命耐候钢桥的推广应用。

电磁防护水泥基复合材料研究进展

摘要:日益严重的电磁辐射威胁军事安全、人类健康和信息安全,开发具备电磁防护功能的水泥基复合材料是建筑体系抵抗雷达监测和对抗电磁污染的有效方法。本文主要以水泥作为基体材料,分别从电磁波吸收和电磁波屏蔽2个方面总结提高水泥基复合材料电磁防护能力的措施及效果。简要介绍了水泥基复合材料的电磁波吸收机理,着重阐述填充型和结构型(包括超结构)2大类电磁波吸收水泥基复合材料的研究进展;并介绍了水泥基复合材料的电磁波屏蔽机理,详细综述碳基、金属、复合3种填充型电磁波屏蔽水泥基复合材料的研究现状,最后对电磁防护水泥基复合材料的进展进行总结和展望。

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。

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。

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。

建筑钢结构质量控制及关键工艺研究

摘要:针对新西兰海景壹号项目,描述了工程背景概况,分析了工程实施的重难点,并根据工程的特点制定了详细的QA/QC质量管理方案,详述了检测计划、人员管理、原材料管理、过程质量控制及验收文件等要求。同时以米字形节点梁为例进行关键工艺研究阐述,通过三维扫描、高精度端铣、厚板焊接等技术的应用,实现本工程构件质量要求的控制目标,并满足项目技术要求。