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高温后结构钢材单调拉伸和循环荷载试验研究

建筑钢结构进展 2024年第2期26卷 13-23页

作者：余玉洁张翔王霄翔中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心长沙410075 中南大学土木工程学院长沙410075 湖南建设投资集团有限责任公司长沙410004

现有的火灾后钢材残余特性研究大多着眼于钢材在高热下或升温后的残余静力特性,而对过火后钢材在循环荷载作用下的滞回和抗震特性鲜有研究。对于建筑结构和桥梁中常用的Q235和Q355两种钢材,对其进行了500~1000℃的模拟火灾加热处理,并... 详细信息

现有的火灾后钢材残余特性研究大多着眼于钢材在高热下或升温后的残余静力特性,而对过火后钢材在循环荷载作用下的滞回和抗震特性鲜有研究。对于建筑结构和桥梁中常用的Q235和Q355两种钢材,对其进行了500~1000℃的模拟火灾加热处理,并进行自然冷却或浸水冷却。对于冷却后的钢材试样进行了单向拉伸试验和2种不同荷载变化规律下的循环加载试验,得到了模拟温度和不同降温方式对于两种钢材滞回特征的影响规律。由试验结果可得,在受到的最高温度不高于600℃时,Q235和Q355钢材在自然冷却和浸水冷却后的单向拉伸和往复荷载工况下,其强度等级和弹塑性强度发展特征均与相应的未进行加热处理的钢材相似。当过火温度高于600℃时,自然冷却后Q235和Q355钢材的初始屈服强度会随过火极限温度的升高而逐渐下降。但在循环荷载影响下,钢材存在循环硬化效应,且该效应将随着过火极限温度的升高而逐渐显著。高温经历所导致的强度削弱会逐渐恢复。Q235和Q355钢材在循环荷载作用下的滞回刚度会逐渐下降,且极限温度和冷却方式会影响滞回刚度的下降幅度。高温过火且浸水冷却条件下,Q235和Q355钢材循环硬化效应显著,弹性域增长显著,循环荷载作用下塑性耗能能力下降明显。

关键词：结构钢材高温后冷却方式单调拉伸循环加载滞回性能

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建筑钢结构火灾后检测与评估研究进展

建筑钢结构进展 2024年

作者：蒋彬辉浦通葳李国强中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心中南大学土木工程学院同济大学土木工程学院

建筑结构火灾事故发生频繁，火灾可能对建筑物造成严重损伤，甚至引起建筑物倒塌，导致人民生命和财产的巨大损失。对于遭受火灾但未倒塌的建筑物，则可进行修复、加固后再利用。修复加固前，需要对受火损伤的建筑结构进行科学、详细、... 详细信息

建筑结构火灾事故发生频繁，火灾可能对建筑物造成严重损伤，甚至引起建筑物倒塌，导致人民生命和财产的巨大损失。对于遭受火灾但未倒塌的建筑物，则可进行修复、加固后再利用。修复加固前，需要对受火损伤的建筑结构进行科学、详细、准确的检测和鉴定，确定建筑物结构材料的剩余强度和构件的损伤程度，为建筑结构的修复加固提供依据，从而达到经济、安全地恢复建筑结构使用功能的目的。归纳了火灾后建筑钢结构检测与评估的研究进展，介绍了建筑结构火灾后现场调查分析的步骤和方法，分析了构件、火场经历的最高温度的判定方法及其适用性，指出了火灾后钢材力学性能推断与检测的方法及其优缺点，论述了构件、结构火灾后残余变形的测量内容和方法，总结了火灾后构件、结构的剩余承载力的相关研究及验算方法。同时指出了有待进一步研究的问题，为钢结构建筑火灾后检测与评估的理论研究和工程应用提供参考。

关键词：钢结构建筑火灾后检测评估研究进展

基于天-空-车-地一体化铁路路基灾害隐患早期识别与服役状态监测

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武汉大学学报(信息科学版) 2024年第8期 1392-1406+1421页

作者：李永威徐林荣陈昀灏邓志兴中南大学土木工程学院中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南大学土木工程学院

气候系统变化背景下铁路路基灾害呈高发态势，表现出点多面广、隐蔽性强和突发性高等特征，且路基灾害“一点受灾，全线受阻”的巨大危害，已经使其成为铁路安全运营的“瓶颈”难题。多次铁路事故表明风险源大多不在已知灾害隐患点范围... 详细信息

气候系统变化背景下铁路路基灾害呈高发态势，表现出点多面广、隐蔽性强和突发性高等特征，且路基灾害“一点受灾，全线受阻”的巨大危害，已经使其成为铁路安全运营的“瓶颈”难题。多次铁路事故表明风险源大多不在已知灾害隐患点范围内，传统监测手段已难以满足复杂孕灾环境下的路基服役安全监测需求。鉴于此，首先总结了不同孕灾环境下路基灾害隐患特征，将路基服役状态监测定义为长期服役过程中受突发型灾害、缓变型致灾作用下可能导致路基结构损伤或功能损失等服役状态劣化的危险源及路基本体受灾程度监测，监测内容包括路基变形监测、结构健康监测、沿线地质灾害监测、几何状态测量和外部环境监测；提出了天-空-车-地多源协同路基灾害隐患早期识别与服役状态监测体系，形成了平台协同、尺度协同、参数协同、多部门协同的路基灾害协同监测内涵，初步提出多源协同路基灾害及服役状态监测方案，实现区域-工段-工点为主线的星地协同的工作模式，并在沪宁城际高速铁路路基服役状态监测中得到应用；最后对路基服役状态监测发展方向进行了展望。

关键词：铁路路基地质灾害早期识别服役状态天-空-车-地调查技术多源协同监测体系

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索支撑光伏支架材料和荷载分项系数研究

工程力学 2024年

作者：丁昊何旭辉敬海泉吴小平翁晓军中南大学土木工程学院高速铁路建造技术国家工程研究中心通威集团有限公司

索支撑光伏支架是一种新型的光伏电站支撑结构，具有大跨度、高净空等特点，在“渔光”、“农光”电站中逐渐获得规模化应用。由于缺乏专有设计规范，索支撑光伏支架结构设计主要参考《索结构技术规程》(JGJ257-2012)和《光伏支架结构... 详细信息

索支撑光伏支架是一种新型的光伏电站支撑结构，具有大跨度、高净空等特点，在“渔光”、“农光”电站中逐渐获得规模化应用。由于缺乏专有设计规范，索支撑光伏支架结构设计主要参考《索结构技术规程》(JGJ257-2012)和《光伏支架结构设计规程》(NB/T 10115-2018)，材料和荷载分项系数取值的合理性仍需进一步深入讨论。本文基于概率极限状态可靠度理论，以国内某30米跨度索支撑光伏电站为案例，系统研究了材料和荷载分项系数取值问题。结果表明：依据《索结构技术规程》(JGJ257-2012)设计的索支撑光伏电站整体偏于保守，风荷载的分项系数取值偏低而索抗力分项系数取值偏高；索支撑光伏电站结构设计时，索抗力分项系数建议取值为1.2，自重荷载、预应力和风荷载的分项系数建议取值分别为1.1、1.1和1.6。

关键词：索支撑光伏支架拉索荷载可靠度分项系数有限元模拟

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模块化钢结构单元房承插式节点弯剪性能研究

铁道科学与工程学报 2024年

作者：王关朝周凌宇陈浩张明亮王其良彭琳娜唐康刘晓春贺学军中南大学土木工程学院高速铁路建造技术国家工程研究中心(中南大学) 湖南建设投资集团有限公司

为实现钢结构建筑模块化施工，提出一种新型承插式对穿螺栓连接柱-柱节点，该节点的组成构件在工厂预制，在施工现场仅需采用高强对穿螺栓拼装。通过对三个足尺节点试件进行弯剪试验，研究了节点在弯剪受力状态下的受力特征、破坏模式... 详细信息

为实现钢结构建筑模块化施工，提出一种新型承插式对穿螺栓连接柱-柱节点，该节点的组成构件在工厂预制，在施工现场仅需采用高强对穿螺栓拼装。通过对三个足尺节点试件进行弯剪试验，研究了节点在弯剪受力状态下的受力特征、破坏模式、弯矩-转角关系及应变发展，对比了节点内外套筒嵌套深度、套筒内有无注浆对节点极限承载力和初始刚度的影响。结果表明：该类节点初始转动刚度大、受弯性能好，满足欧洲规范3中刚性连接的要求，适用于钢结构模块化建筑；高强螺栓的紧固作用及内外套筒嵌套区域的“杠-撬作用”在一定程度上限制了节点域刚度发展；内套筒与端板焊接处焊缝质量和强度对节点承载性能影响较大，宜采用与钢材等强度设计；节点内外套筒嵌套深度为400mm时，注浆与不注浆相比，初始转动刚度提高142%，承载力提高19%；承插深度减小可使节点内套筒应变发展变缓，但影响程度有限。采用ABAQUS有限元软件建立的考虑接触效应的实体单元非线性有限元模型可以很好地模拟该类节点的受力性能。进一步对该类注浆节点进行参数分析，结果表明：增加内、外套筒厚度可以提高注浆节点承载能力、初始刚度，但内套筒影响更为显著；套筒嵌套深度对注浆节点初始转动刚度和承载能力影响很小。

关键词：模块化钢结构节点套筒注浆对穿螺栓试验研究刚性连接弯矩-转角曲线有限元分析

偏高岭土-高炉矿渣地聚合物路面修补砂浆的耐久性试验研究

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：周英超但汉成马志明湖南中大设计院有限公司中南大学土木工程学院高速铁路建造技术国家工程研究中心

偏高岭土（MK）和高炉矿渣（GGBS）是制备地聚合物常用的固体原材料，由两者复合制备的地聚合物具有常温固化，黏结强度高以及快硬早强的优点，能够作为修复材料，然而两者比例改变带来的修补材料的耐久性变化尚未得到充分理解。针对该... 详细信息

偏高岭土（MK）和高炉矿渣（GGBS）是制备地聚合物常用的固体原材料，由两者复合制备的地聚合物具有常温固化，黏结强度高以及快硬早强的优点，能够作为修复材料，然而两者比例改变带来的修补材料的耐久性变化尚未得到充分理解。针对该研究的不足，通过设置不同的GGBS/（MK+GGBS）值（质量比（%）：0,20,40,60,80,100），测试地聚合物修补砂浆的吸水量、接触角试验、目视观察地聚合物的泛碱程度以及测试地聚合物泛碱前后的力学性能变化对地聚合物的抗泛碱能力做出对比，本文将地聚合物浸入0.5M(mol/L)的HCl溶液中1、3和5d，通过目视观察以及测试地聚合物的质量和强度损失，对地聚合物的抗酸性能做出评估。热重（TG）、傅里叶红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）被用于对高Ca体系和低Ca体系的耐酸机理做出讨论。另外，考虑到修补材料与基体的相容性同样至关重要，在干缩测试中以水泥为对照，在酸化测试中以黏结试件为对象，并测试地聚合物和水泥的热变形，以评估两者的相容性。结果表明，MK和GGBS比例合适时，地聚合物拥有更为致密的结构，表现出较低的吸水量和泛碱程度，MK含量较高时，产生的地聚合物凝胶有更强的耐酸性，适当增加GGBS，能够通过提升结构的致密性使得修补材料的耐久性得到提升。研究成果可以为刚性路面的高性能耐久的快速修补材料研发提供技术参考。

关键词：偏高岭土高炉矿渣地聚合物修补砂浆路面病害

考虑循环荷载下颗粒破碎的宕渣路基渗透系数预测

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：张玲陈昀灏徐林荣彭文哲中南大学土木工程学院高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南大学土木工程学院

本文旨在揭示循环荷载作用下中-强风化泥岩宕渣破碎行为与渗透特性的内在机理。利用PFC 6.03D进行循环三轴数值模拟，借助内置Fish语言监测不同循环加载次数下宕渣试样级配、破碎率、孔隙率的动态演化规律。通过对不同加载次数下的土体... 详细信息

本文旨在揭示循环荷载作用下中-强风化泥岩宕渣破碎行为与渗透特性的内在机理。利用PFC 6.03D进行循环三轴数值模拟，借助内置Fish语言监测不同循环加载次数下宕渣试样级配、破碎率、孔隙率的动态演化规律。通过对不同加载次数下的土体级配曲线形态的分析，给出了一种能描述土类多种连续级配形态的负指数型级配表达式，并讨论了其普适性。以级配方程为枢纽，构建了综合考虑颗粒组构、孔隙特征影响的渗流路径的迂曲度模型。同时，以迂曲度为修正系数，对斯托克斯孔隙流渗透系数公式进行修正。由此实现了考虑循环荷载作用下颗粒破碎的中-强风化泥岩宕渣路基渗透系数预测。结果如下：位点深度加深，修正潜在破碎势Bp*明显降低，而修正相对破碎势Br*与位点深度并无明显关联，Br*变化趋势可分为迅速增长、缓慢增长、收敛3个阶段；孔隙率变化呈现类似规律。所提出的负指数级配方程对4种典型级配(凹形、S形、类直线形、凸形)均具有良好适用性。修正迂曲度略大于仅考虑单一颗粒形态的迂曲度，复杂的颗粒形态使得流域内流线更加曲折，引起整体迂曲度增大。渗透系数k敛随Br*增长呈抛物线状衰减，且位点越浅，k衰减愈明显；存在临界加载振次使各位点k值收敛。本研究可为中-强风化泥岩宕渣路基服役状态评估提供新思路。

关键词：循环荷载宕渣路基颗粒破碎迂曲度渗透系数

基于LSTM神经网络的牵引站电气设备耦联体系地震响应预测

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铁道科学与工程学报 2024年第4期21卷 1602-1612页

作者：郭彦颜陈雅芳何畅余玉洁何紫薇蒋丽忠中南大学土木工程学院湖南长沙410075 湖南省建筑设计院集团股份有限公司湖南长沙410208 高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075

铁路牵引变电站中,软导线-电气设备耦联体系具有较强的几何非线性。为提升系统分析效率,提出一种改进的软导线-电气设备耦联体系地震响应递归预测方法。基于长短期记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络与Dropout防止过拟合技术搭... 详细信息

铁路牵引变电站中,软导线-电气设备耦联体系具有较强的几何非线性。为提升系统分析效率,提出一种改进的软导线-电气设备耦联体系地震响应递归预测方法。基于长短期记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络与Dropout防止过拟合技术搭建了LSTM神经网络预测模型。建立了充分考虑软导线对相邻设备的耦联作用的软导线-电气设备耦联体系理论分析模型。为验证预测模型的泛化能力,筛选出了41条在峰值、频谱和持续时间上具有较大差异的地震波。并按照递归方案,将选取的地震波以及软导线-电气设备耦联体系理论分析模型计算所得的位移响应,进行滑动切片处理,建立模型输入特征与输出响应标签的映射关系。在此基础上,利用该LSTM神经网络预测模型开展了软导线-电气设备耦联体系设备的地震位移响应预测,并采用多个评价指标进行较为全面的模型性能评估。研究结果表明:LSTM递归预测模型具有良好的地震响应预测性能,搭配Dropout技术能够有效防止模型训练过拟合,提高模型适应能力。对于差异较大的地震波数据,均能够快速预测出误差较小、相关度较高的地震响应,具有较好的准确性、高效性与泛化能力。所提方法能够较高效准确地预测任意时刻的软导线-电气设备耦联体系地震响应,为铁路牵引变电站抗震设计提供新的研究思路。

关键词：长短期记忆神经网络电气设备软导线耦联体系地震响应预测

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钢模块单元承插式柱-柱节点弯剪承载力研究

湖南大学学报(自然科学版) 2024年

作者：周凌宇魏宏远陈浩王其良张明亮彭琳娜王关朝贺学军高速铁路建造技术国家工程研究中心(中南大学) 湖南建设投资集团有限公司中南大学土木工程学院

本文提出一种新型承插式柱-柱节点，采用内外套筒作为上下钢管柱的拼接构件，仅通过高强对穿螺栓拼装，可以满足建筑结构装配化的需求. 针对其在弯剪作用下的承载性能，设计并制作了三个足尺试件进行静力加载试验，获得了节点的受力特... 详细信息

本文提出一种新型承插式柱-柱节点，采用内外套筒作为上下钢管柱的拼接构件，仅通过高强对穿螺栓拼装，可以满足建筑结构装配化的需求. 针对其在弯剪作用下的承载性能，设计并制作了三个足尺试件进行静力加载试验，获得了节点的受力特征、破坏模式、极限承载力和应变分布等. 建立数值模型，在验证数值模型正确性的基础上，对节点进行参数化分析，探讨了套筒灌浆、内套筒厚度、节点长度对于节点极限承载力的影响. 试验和数值模拟研究结果表明：内套筒近端板处至第一根竖向螺栓前是节点域传力的关键部位；套筒灌浆和减小节点长度能够延缓节点核心区应变发展，但影响程度有限；当保证节点长度和内外套筒相对抗弯刚度比一定时，套筒灌浆可使连接受力性能更优，极限承载力提高19.3%；控制其他参数相同，节点长度越大，“杠杆效应”越强，抗弯承载力也随之提高，节点长度由300 mm增加至600 mm，极限承载力提高15.1%；内套筒厚度越大，截面承载力的安全储备越高，内套筒厚度由8 mm增加至12 mm，极限承载力提高31.4%. 基于“有限塑性发展强度准则”和“杠杆效应”理论提出了节点的抗弯承载力计算公式，通过和数值计算结果的对比，验证了计算式的准确性.

关键词：柱-柱节点静力试验参数化分析有限塑性发展强度准则杠杆效应极限承载力