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。

国内外耐候钢桥发展综述

摘要:为了推动我国耐候钢桥技术进步和发展,梳理了美国、日本、欧洲和我国耐候钢桥技术现状,从工程应用、耐候桥梁钢性能要求、耐候钢桥设计、钢结构连接及管养技术等五方面进行了综述总结。分析表明:耐候钢桥在美、欧被大量应用且反响良好,日本耐候钢桥则经历了从快速发展到2008 年左右顶峰后比重逐年下降并趋于稳定的过程。通过多年的工程应用和技术提升,目前各国在耐候钢的母材、设计、连接、管养等方面技术已相对成熟。我国耐候钢桥应用近些年发展势头良好,在公路和铁路桥梁领域涌现出众多工程案例。工程实践表明,耐候钢桥应用效果与环境气候密切相关,在耐候钢桥工程应用推广过程中需要注意积累实践经验,同时做好致密锈层稳定机理、耐候性指标、国内耐候钢桥应用环境分区等基础性课题和关键技术问题的研究。

钢管混凝土柱、型钢混凝土柱、钢柱与钢筋混凝土梁连接节点研究现状综述

摘要:钢-混凝土组合结构兼具钢筋混凝土结构与钢结构的共同优点,具有承载力高、刚度大、延性和抗震性能好及节约材料等优点,符合土木工程的发展方向。处于复杂受力状态下的梁-柱节点区域是建筑结构中需要特别关注的部位,既是整体结构安全性和可靠性的重要基础,又是建筑结构抗震设计中的薄弱环节,因此节点部位的设计至关重要。在综合介绍钢管混凝土柱、型钢混凝土柱及钢柱与钢筋混凝土梁的连接节点研究背景的基础上,分析了上述节点连接的构造形式及受力性能等方面的研究现状,指出了该类节点连接方式及受力性能方面有待进一步解决的问题,为该领域的深入研究及该类节点连接的设计提供参考。

可移动智能焊接机器人在箱型梁结构制造中的应用

摘要:箱型梁结构广泛应用于物流运输、物料搬运、重型机械等领域中,中厚板焊接是其制造的关键技术。由于箱型梁结构在制造过程中工序间周转多、组焊定位精度不易保证,加上工件焊接过程变形复杂时变,因此给产品质量一致性控制造成困难,传统的“示教-再现”型或“离线编程”型机器人难以实现其高效柔性化焊接制造。文中介绍了一种以电弧跟踪传感系统为核心的新型“免示教”可移动智能焊接机器人,阐述了该装备的组成及功能,包括可移动机器人本体、主控系统和电弧跟踪传感、激光视觉寻位导引以及焊接过程可视化监测子系统。该装备已经投入至国内某集装箱、道路运输车辆装备自动化焊接生产线项目中,经过长期的实践证明了其有效性与可靠性。

结构钢在我国桥梁工程中的应用及防腐蚀技术研究进展

摘要:桥梁作为重要的基础设施在国民经济发展中发挥着极为关键的作用。在过去的几十年中,一方面,钢铁材料及其制造技术的不断进步为我国桥梁工程的发展提供了强劲的推动力,极大地促进了桥梁创新技术的发展。另一方面,钢结构的腐蚀失效是影响桥梁稳定性和耐久性的重要因素,发展有效的钢结构腐蚀防护技术对保障桥梁的安全服役具有极其重要的意义。作者总结了我国桥梁用结构钢的研究进展及工程应用情况,重点介绍了钢结构桥梁的腐蚀防护措施及应用现状,并展望了桥梁用结构钢及防腐蚀技术未来的发展方向,对促进我国桥梁用钢的研发、应用及其防腐蚀技术的发展具有一定的参考价值。