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建筑钢结构工程全生命周期碳排放计算研究

建筑钢结构工程全生命周期碳排放计算研究

作者：杨朔山东建筑大学

学位级别：硕士

温室气体导致的气候变暖对人类的生存和生物的多样性造成了严重的威胁,走绿色低碳发展道路已经成为世界各国的共识,中国作为“人类命运共同体”的先行者,提出了“碳中和、碳达峰”的伟大目标。我国建筑业的碳排放量占国家总碳排放量的... 详细信息

温室气体导致的气候变暖对人类的生存和生物的多样性造成了严重的威胁,走绿色低碳发展道路已经成为世界各国的共识,中国作为“人类命运共同体”的先行者,提出了“碳中和、碳达峰”的伟大目标。我国建筑业的碳排放量占国家总碳排放量的一半左右,因此亟需推动建筑行业的产业结构优化和能源结构调整。而钢结构建筑的发展对推动我国建筑业向工业化、信息化、低碳化转型有重要意义,近年来得到了政府和市场的大力推广。然而,目前关于建筑钢结构制造、安装和拆除阶段的碳排放量化研究不足,缺少具有科学性、实操性和快捷性的碳排放量化计算方法。本文以建筑钢结构工程全生命周期碳排放计算为研究目标,从碳排放计算理论研究、碳排放因子分析、碳排放量化模型等方面进行了系统研究。主要的研究内容及结论如下:(1)确定了建筑钢结构工程全生命周期碳排放计算的标准依据、计算边界和计算方法。分析了目前主要碳排放计算标准的适用性,基于建筑钢结构的产品特点,分析表明PAS 2050标准和《建筑碳排放计算标准》用于建筑钢结构工程碳排放的计算标准较为适合;提出了以空间范围和时间范围为边界确定建筑钢结构碳排放计算边界;分析了主流的五种碳排放计算方法,确定以碳排放因子法作为建筑钢结构工程全生命周期的碳排放计算方法。(2)建立了适用于建筑钢结构工程全生命周期的碳排放因子清单。碳排放因子是建筑钢结构碳排放计算的数据基础,以时效性、区域性、适用性、权威性作为评价标准,分析了国家规范、专业研究机构报告、国际的碳排放数据库和国内外学者的碳排放因子研究数据,对电能、化石燃料、钢材、辅材和机械台班的碳排放因子进行了评价分析,建立了适用于建筑钢结构工程的碳排放因子清单。(3)建立了建筑钢结构工程全生命周期的碳排放计算模型。通过对制造、安装和拆除阶段工艺过程的分析,建立了相应的碳排放源清单。基于碳排放因子法,提出了适用于钢结构工程全生命周期的碳排放数学模型,经案例分析验证了计算模型的可行性。(4)构建了基于工程消耗量定额的钢结构工程全生命周期的碳排放计算方法。以工程消耗量定额为依据,利用碳排放因子计算法,提出了钢结构工程全生命周期的碳排放计算方法,建立了碳排放定额清单。通过对钢框架结构工程案例的研究,验证了该方法的可行性,计算结果表明:钢结构工程制造阶段、安装阶段和拆除阶段的碳排放量约占全生命周期碳排放量的47%、22%和31%。

关键词：建筑钢结构工程全生命周期碳排放计算理论碳排放因子计算模型

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基于计算理论的若干问题研究

基于计算理论的若干问题研究

作者：刘峥浙江理工大学

学位级别：硕士

计算理论是计算机科学中研究计算模型和计算效率的数学理论。主要包含三方面的核心内容:形式语言与自动机理论、可计算性理论和计算复杂性理论。形式语言与自动机理论阐述了计算的数学模型的定义和性质,形式语言是是由自动机所识别的字... 详细信息

计算理论是计算机科学中研究计算模型和计算效率的数学理论。主要包含三方面的核心内容:形式语言与自动机理论、可计算性理论和计算复杂性理论。形式语言与自动机理论阐述了计算的数学模型的定义和性质,形式语言是是由自动机所识别的字符串的集合,也可由文法产生。可计算性理论指基于所建立的数学模型,哪些问题是可解的,哪些问题是不可解的,帮助人们探索计算的边界。计算复杂性理论用于对问题的全集根据难易程度进行分类,主要从时间复杂性和空间复杂性方面进行研究,即探索求解方法的效率问题。计算理论是一切计算机应用的基石,它给出了算法的定义,并探索算法的可解性和运行效率。它基于全面严谨的数学论证推理,为人们提供了研究可计算性和计算效率的理论工具。计算的复杂性理论为密码学的加密算法和安全协议的建立提供了理论基础。除此之外,计算理论还为算法优化、机器学习和量子计算机等领域提供了理论支撑。本文主要研究计算理论中的可计算性理论、计算复杂性理论和图灵机的变形超计算模型方面的若干问题。研究内容包括:(1)从可计算性角度研究语言和补语言的性质,并探究图灵机在不同可计算性语言上的运行状态。引入集合论中基数的论证的方法,说明语言全集和不可识别语言全集都是不可数集。最后,根据可计算性和数量上的关系对语言全集做一个划分。(2)研究计算复杂性类NP和co NP语言类的关系。通过构造NP完全语言SAT(布尔可满足性问题)的确定型判定器,证明了NP和co NP语言类具有相同的计算复杂度上限。探究cnf矛盾式形式上的特点,提出了原子公式的概念。基于(?)语言展开式的特点,提出了(?)的两种判定方法。(3)研究超计算模型谕示图灵机的封闭问题。提出了对谕示封闭的概念,证明了P类语言对谕示是封闭的,进一步证明了P的组成语言类TIME(n)对谕示是不封闭的。最后基于多项式层次结构的定义,证明了若NP语言类对谕示封闭,则多项式层次结构坍塌到第一层。(4)基于可数图灵机模型研究P与NP语言类的关系。通过扩展图灵机的时间定义,提出了可数图灵机模型。定义了可数图灵机可以识别的语言类,以及对无限时间复杂度的度量方式。提出了P和NP语言类,并探究可数图灵机在其上的运行方式。最后提出了BPNP(Between P and NP)命题,将P(?)NP难题与连续统假设的成立性建立了联系。

关键词：计算理论可计算性计算复杂性谕示图灵机可数图灵机

悬索桥主缆与索鞍间侧向力理论计算方法与公式研究

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土木工程学报 2017年第12期50卷 87-96页

作者：王路沈锐利王昌将王晓阳王渊西南交通大学四川成都610031 浙江省交通规划设计研究院浙江杭州310006

为解决主缆与索鞍间侧面抗滑摩擦力难以准确计算及充分利用的问题,需开展主缆侧向力方面的相关研究。通过探究既有侧向力计算公式的理论基础,揭示其应用局限性;基于离散体接触关系,提出鞍槽内相互作用力的计算模型,建立侧向力理论计算方... 详细信息

为解决主缆与索鞍间侧面抗滑摩擦力难以准确计算及充分利用的问题,需开展主缆侧向力方面的相关研究。通过探究既有侧向力计算公式的理论基础,揭示其应用局限性;基于离散体接触关系,提出鞍槽内相互作用力的计算模型,建立侧向力理论计算方法,并分析误差影响;基于最小二乘准则进行分区间多元非线性回归分析,提炼出便于工程应用的实用计算公式;探讨了参数影响,并对比既有公式、理论方法及实用公式的计算结果;利用实用公式计算某实桥主缆抗滑摩擦力,并阐明其组成机理。研究表明:由Janssen公式演化而来的既有公式不适用于主缆抗滑计算;鞍槽宽度正偏差对侧向力存在有限的增大效应;增加钢丝列数,侧向力迅速增大并趋于稳定、侧向力分布曲线由负指数收敛型渐变为近线性;侧向力与摩擦系数呈负相关关系;实用公式与理论方法的结果吻合较好;两块竖向隔板贡献了24.5%的摩擦力,说明设置竖向隔板是充分利用侧面抗滑贡献潜力的有效措施。

关键词：悬索桥主缆索鞍侧向力计算理论实用公式 Janssen公式

钢-超高性能混凝土轻型组合桥面结构受弯性能研究

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钢-超高性能混凝土轻型组合桥面结构受弯性能研究

作者：闫晗菲郑州大学

学位级别：硕士

钢-UHPC轻型组合桥面结构是指将内置纵横向钢筋网的超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,简称UHPC)层通过短栓钉与钢面板连接而成的组合结构,能够有效解决传统正交异性钢桥面的疲劳开裂和沥青铺装层破损两大难题。本文基于A... 详细信息

钢-UHPC轻型组合桥面结构是指将内置纵横向钢筋网的超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,简称UHPC)层通过短栓钉与钢面板连接而成的组合结构,能够有效解决传统正交异性钢桥面的疲劳开裂和沥青铺装层破损两大难题。本文基于ABAQUS有限元软件,研究UHPC层厚度、U肋厚度、栓钉间距、配筋率等关键设计参数对钢-UHPC组合结构纵、横向受弯性能的影响规律,推导钢-UHPC组合梁开裂荷载和极限承载力的计算公式。主要研究内容和取得的结论如下:(1)建立钢-UHPC组合板的非线性有限元模型,分别研究UHPC层厚度、栓钉间距、纵筋配筋率、保护层厚度4个关键设计参数对钢-UHPC轻型组合桥面结构横向受弯性能的影响规律。结果表明,增大UHPC层厚度可以显著提高构件从弹性阶段到裂缝扩展阶段的刚度和极限承载力,但对开裂应力基本无影响,同时组合板延性有减小趋势;减小栓钉间距能够提高UHPC层与钢面板之间的组合效应,有效降低两者之间的滑移值,并且剪弯段栓钉发挥的作用远大于纯弯段栓钉;钢筋对组合板受力初期的弹性阶段基本无影响,增加纵筋配筋率、减小保护层厚度均能提高构件开裂应力和极限承载力。(2)通过正交试验法建立16个钢-UHPC组合板非线性有限元模型,进行受弯性能的综合影响分析,得到UHPC层厚度、栓钉间距、纵向钢筋数量、保护层厚度4个关键设计参数对组合板临界滑移荷载的敏感性排序:UHPC层厚度>栓钉间距>纵向钢筋数量>保护层厚度;对屈服荷载与弹性极限荷载差值(裂缝扩展阶段)的敏感性排序:UHPC层厚度>纵向钢筋数量>保护层厚度>栓钉间距;对极限承载力的敏感性排序:UHPC层厚度>纵向钢筋数量≈保护层厚度>栓钉间距。(3)建立钢-UHPC组合梁的非线性有限元模型,分别研究U肋厚度、UHPC层厚度、钢面板厚度、纵筋配筋率、保护层厚度5个关键设计参数对钢-UHPC轻型组合桥面结构纵向受弯性能的影响规律。结果表明,增大U肋厚度可以显著提高构件从弹性阶段到裂缝扩展阶段的刚度和极限承载力,组合梁的延性也更优;增加UHPC层厚度对组合梁受力性能的改善有一定效果;对U肋厚度较小(本文研究在6mm～10mm之间)且构件表现为U肋屈服破坏的组合梁,增加钢面板厚度对极限承载力基本没有影响,仅小范围提高构件在裂缝扩展阶段的刚度;钢筋在组合梁中发挥的作用很小,因此变化纵筋配筋率和保护层厚度对组合梁受力性能的影响极小。(4)推导给出了钢-UHPC组合梁开裂荷载和极限承载力的计算公式,理论计算值与试验值和有限元结果吻合较好,误差基本都在10%以内,可以为钢-UHPC轻型组合桥面结构的工程设计提供参考。

关键词：钢-UHPC(超高性能混凝土)轻型组合桥面结构有限元模拟受弯性能参数分析计算理论

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仿木柱的承载力破坏试验及计算理论研究

仿木柱的承载力破坏试验及计算理论研究

作者：李彦成贵州大学

学位级别：硕士

建筑工程材料经历了天然材料、人工材料以及复合材料的发展过程,为人类文明的发展与进步作出了巨大贡献。以混凝土、钢材为代表的人工材料目前仍是主要建筑材料,但人工材料污染严重,能耗较大,为满足我国绿色环保的可持续发展理念,文本... 详细信息

建筑工程材料经历了天然材料、人工材料以及复合材料的发展过程,为人类文明的发展与进步作出了巨大贡献。以混凝土、钢材为代表的人工材料目前仍是主要建筑材料,但人工材料污染严重,能耗较大,为满足我国绿色环保的可持续发展理念,文本提出了一种以氯氧镁水泥为基体,植物纤维为增强体,同时加入酒石酸、磷酸盐等外加剂压制而成的仿木材料,这种仿木材料具有绿色环保、轻质高强、耐火性好等优点,为探究仿木柱的工程应用价值,本文对仿木材料的物理力学性能进行了初步研究,并在此基础上通过承载力破坏试验建立了仿木柱的计算理论。本文测定出仿木材料的密度为1133 kg/m,仅为混凝土密度的一半,接近常用结构木材的密度,将其应用于结构之中能够有效降低建筑的自重。通过扫描电子显微镜(SEM)观察到仿木材料的微观晶相为318相针杆状晶体与518相棒状晶体交叉排布后形成的块状胶凝体,这是仿木材料的主要强度来源,同时植物纤维呈现有序排列及搭桥现象,容易形成应力集中,降低了材料的力学强度。通过对30个立方体仿木试件进行材性试验,发现其破坏形式为锥形破坏、劈裂破坏和压碎破坏,且立方体抗压强度平均值为10.2MPa,变异系数为5.28%,体现了仿木材料轻质高强的优点。在研究了仿木材料物理力学性能的基础上,对三种不同长细比的仿木柱进行轴心受压承载力试验,试验结果表明仿木柱的破坏形式分为材料破坏、弹塑性失稳破坏以及弹性失稳破坏,且承载力随长细比的增加而降低,本文利用Shanley理论建立了仿木柱的承载力计算公式,并基于中心点法提出了材料分项系数为1.70。其次,对三种不同长细比的仿木柱进行偏心受压承载力试验,偏心距分别为25mm和50mm,试验结果表明构件在偏心距为25mm压力作用下发生受压破坏,在偏心距为50mm压力作用下发生受拉破坏,本文基于实测数据建立了仿木柱在偏心压力作用下截面相对受压区高度的计算公式,提出了承载力计算理论。最后,对仿木材料进行工程试设计,为后续工程应用提供参考。

关键词：仿木材料仿木柱材性试验承载力试验轴心受压偏心受压计算理论

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壳体断裂力学统一计算理论与飞行器结构设计

壳体断裂力学统一计算理论与飞行器结构设计

蜂窝梁弹性弯扭屈曲承载力的简化计算方法研究

第31届全国结构工程学术会议

作者：庄茁王恒宁宇王翔柳占立张志楠清华大学航院空军研究院航空兵研究所航空工业第一飞机设计研究院北京空间飞行器总体设计部

断裂力学理论和方法在飞行器结构设计中发挥着不可替代的作用。依据断裂准则划分为阻止或者驱动裂纹扩展。阻止裂纹扩展是避免飞行器结构发生灾难性事故的最后一道防线,如机翼、机身等重要结构的止裂安全性设计、广布疲劳损伤容限设计等... 详细信息

断裂力学理论和方法在飞行器结构设计中发挥着不可替代的作用。依据断裂准则划分为阻止或者驱动裂纹扩展。阻止裂纹扩展是避免飞行器结构发生灾难性事故的最后一道防线,如机翼、机身等重要结构的止裂安全性设计、广布疲劳损伤容限设计等;驱动裂纹扩展是实现飞行器结构快速分离的关键技术,如运载火箭级间和星箭分离、飞行员和航天员逃逸救生等。板壳是飞行器结构的主要形式,开展板壳断裂力学研究具有重要的科学意义和工程价值。本文提出了基于连续体的壳体断裂力学统一计算理论,发展了壳体扩展有限元方法。基于该理论和方法,阐述了大变形曲面壳体裂纹扩展与止裂的计算分析过程,展示了在国产大飞机机翼整体结构件设计、天和号核心舱结构研制和高级教练机穿盖弹射救生系统设计等飞行器工程的成功应用。

关键词：壳体断裂力学计算理论飞行器结构扩展有限元

来源： cnki会议评论

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建筑科学 2018年第1期34卷 27-32页

作者：王丽袁海龙深圳市建筑设计研究总院有限公司深圳518031 中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安710000

蜂窝梁构造复杂,对其承载力进行精确计算困难。为了研究蜂窝梁弹性弯扭屈曲承载力,在对蜂窝梁截面各特征值进行简化计算的基础上,用实腹H型钢梁的弹性弯扭屈曲临界荷载计算理论研究了蜂窝梁在不同荷载作用形式下的弹性弯扭屈曲承载力。... 详细信息

蜂窝梁构造复杂,对其承载力进行精确计算困难。为了研究蜂窝梁弹性弯扭屈曲承载力,在对蜂窝梁截面各特征值进行简化计算的基础上,用实腹H型钢梁的弹性弯扭屈曲临界荷载计算理论研究了蜂窝梁在不同荷载作用形式下的弹性弯扭屈曲承载力。使用ABAQUS软件对蜂窝梁的弹性弯扭屈曲承载力进行特征值屈曲分析,并与理论计算结果进行对比,验证了计算式的有效性。最后,通过分析不同因素对蜂窝梁弹性弯扭屈曲承载力的影响得出:高跨比影响最大;扩张比影响次之;距高比影响最小,可以忽略。

关键词：蜂窝梁弹性弯扭屈曲计算理论影响因素

What is the largest separation between quantum and classical query complexity?

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Science Bulletin 2017年第14期62卷 980-981页

作者： Shao-Ming Fei School of Mathematical Sciences Capital Normal University

In the theory of computation,a key question in analyzing the computational complexity of a certain computational problem is how much least physical resource would be needed to solve a computational task[1].Here,the ph... 详细信息

关键词：计算复杂性分离查询量子计算理论物理资源计算问题

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独柱墩梁桥倾覆破坏模式与计算方法研究

桥梁建设 2016年第2期46卷 25-30页

作者：彭卫兵潘若丹马俊焦斌浙江工业大学建筑工程学院浙江杭州310014 哈尔滨工业大学交通学院黑龙江哈尔滨150090

为弥补现有规范中以刚体转动为代表的抗倾覆计算理论的不足,在系统研究多座独柱墩梁桥倾覆破坏的基础上,总结独柱墩梁桥倾覆的4种破坏模式,提出独柱墩梁桥的倾覆破坏主要受支座挤出和箱梁整体滑移2种破坏模式控制,并形成了独柱墩梁桥抗... 详细信息

为弥补现有规范中以刚体转动为代表的抗倾覆计算理论的不足,在系统研究多座独柱墩梁桥倾覆破坏的基础上,总结独柱墩梁桥倾覆的4种破坏模式,提出独柱墩梁桥的倾覆破坏主要受支座挤出和箱梁整体滑移2种破坏模式控制,并形成了独柱墩梁桥抗倾覆破坏承载力实用计算方法及简化计算方法。通过2座独柱墩梁桥倾覆破坏实例验证采用实用方法和规范方法计算独柱墩梁桥抗倾覆承载力的正确性,并进行独柱墩梁桥抗倾覆影响因素分析。结果表明:现有规范中的倾覆计算方法以刚体转动为主,过大地估计了独柱墩梁桥抗倾覆能力;所提出的抗倾覆实用计算方法将独柱墩梁桥抗倾覆承载力分为端部支座抗倾覆和上部结构自重抗倾覆,可较好地模拟倾覆临界荷载;增大支座横向尺寸、减小支座厚度和加大端部支座间距可作为独柱墩梁桥的抗倾覆加固方法。

关键词：独柱墩梁桥破坏模式抗倾覆力矩倾覆力矩计算理论实用方法影响因素