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基于监测数据的钢桁梁桥温度变形研究

工程力学 2024年第S1期41卷 310-316页

作者：杨欣张举兵李小龙何秋雨李子欣周毅北京科技大学土木与资源工程学院城镇化与城市安全研究院北京100083 中交公路规划设计院有限公司北京100088 北京科技大学顺德创新学院佛山528399

温度的周期变化会使大跨度桥梁产生显著的结构变形。利用某三跨连续钢桁梁桥的现场监测数据,该文研究了支座纵向位移、主梁跨中挠度与结构温度变化的相关关系,并分析了现场实测结果与有限元模拟结果的差异。研究表明:与环境温度相比,背... 详细信息

温度的周期变化会使大跨度桥梁产生显著的结构变形。利用某三跨连续钢桁梁桥的现场监测数据,该文研究了支座纵向位移、主梁跨中挠度与结构温度变化的相关关系,并分析了现场实测结果与有限元模拟结果的差异。研究表明:与环境温度相比,背景桥梁的结构温度在白天更高,夜晚更低,变化幅度约是环境温度的2倍。由于不受日照辐射影响,结构温度在夜间的分布比白天更为均匀。结构温度变化对背景桥梁的支座纵向位移有显著影响,而对主梁跨中挠度影响较小,且支座摩阻力使左右边墩支座表现出不同的运动模式。在短如一天的时间尺度上,支座位移与结构温度表现出滞回关系。这种非线性现象可能与支座处的摩阻力和时变非均匀温度变化有关。

关键词：钢桁架桥温度分布支座位移摩阻力滞回效应

多高层模块化结构及建造技术研究进展与未来趋势

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建筑结构学报 2024年第8期45卷 1-19页

作者：岳清瑞吴朝昀刘晓刚郭江然赵鹤饶少华张宗军刘鹏远北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北京科技大学城镇化与城市安全研究院北京100083 深圳人才安居集团有限公司广东深圳518000 中建海龙科技有限公司广东深圳518110

模块化结构相比传统的结构形式具有建造效率高、标准化程度高、节省劳动力、低碳环保、安全可靠等优点,在新型建筑工业化背景下表现出极大的发展潜力。随着经济社会的发展,近年来模块化结构逐渐向多高层方向发展,在受力性能和建筑技术... 详细信息

模块化结构相比传统的结构形式具有建造效率高、标准化程度高、节省劳动力、低碳环保、安全可靠等优点,在新型建筑工业化背景下表现出极大的发展潜力。随着经济社会的发展,近年来模块化结构逐渐向多高层方向发展,在受力性能和建筑技术等方面面临更大的挑战。为促进多高层模块化结构的研究和应用,对模块化单元、模块化结构、结构力学性能及设计要求、模块化建造技术的研究现状进行了总结。对模块化单元进行分类,对比不同类型模块化单元的优缺点和适用范围;介绍适用于多高层建筑的模块化结构及其工程应用;梳理模块化结构在各类荷载作用下的受力性能的研究和相关设计标准;总结现有的模块化建造技术,根据建造顺序详细梳理模块化建筑施工的各个环节。目前,多高层模块化结构在连接节点、体系分析、高性能材料应用、标准规范、安装装备和一体化设计等方面还存在不足,需要综合考虑全流程建造环节开展系统性研究,加强各专业协同,形成多高层模块化技术体系。

关键词：模块化结构多高层建筑模块化单元结构体系建造技术

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489米超高层建筑抗倒塌分析案例研究

工程力学 2024年第4期41卷 106-115页

作者：顾栋炼吴小宾张庆林彭志桢刘宜丰田源陆新征北京科技大学土木与资源工程学院城镇化与城市安全研究院北京100083 中国建筑西南设计研究院有限公司成都610042 中海发展成都超塔公司成都610000 清华大学土木工程系土木工程安全与耐久教育部重点试验室北京100084

超高层建筑的抗倒塌设计是其安全设计中的重要一环,保障超高层建筑的抗倒塌性能对于保护人民生命财产安全具有重要意义。现阶段系统考虑超高层建筑抗地震倒塌和抗连续倒塌研究的工程案例还比较有限。该文对一489 m超高层结构的抗地震倒... 详细信息

超高层建筑的抗倒塌设计是其安全设计中的重要一环,保障超高层建筑的抗倒塌性能对于保护人民生命财产安全具有重要意义。现阶段系统考虑超高层建筑抗地震倒塌和抗连续倒塌研究的工程案例还比较有限。该文对一489 m超高层结构的抗地震倒塌能力、抗爆能力和关键竖向构件拆除后的抗连续倒塌能力进行了分析,结果表明:该超高层结构在所选取的8组地震动记录下的抗倒塌安全储备系数为3.59,抗地震倒塌性能良好;在爆炸距离为5 m的情况下箱包炸弹的TNT当量达到约3.2 t时可以造成结构倒塌,在爆炸距离为10 m的情况下,面包车炸弹的TNT当量达到约10.0 t时可以造成结构倒塌;在巨柱、塔冠钢柱、次级钢框架吊柱和承重柱等关键竖向构件中的一根构件被拆除后,结构备用传递路径能够发挥作用,整体结构抗连续倒塌性能良好;在拆除两根底部巨柱的情况下结构未发生倒塌,而在拆除三根底部巨柱的情况下,若拆除的巨柱不是建筑相邻角四根巨柱的三根,则结构依然可以不发生倒塌,反之则发生倒塌。该文分析方法和结果可以为类似超高层建筑的防倒塌设计提供参考和借鉴。

关键词：超高层建筑倒塌地震爆炸连续倒塌

铁尾矿粉混凝土在荷载与硫酸盐干湿循环耦合作用下的性能劣化机理

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工程科学学报 2024年第8期46卷 1358-1369页

作者：席雅允刘娟红程立年北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北京科技大学城市地下空间工程北京市重点实验室北京100083 北京科技大学城镇化与城市安全研究院北京100083

铁尾矿粉作为矿物掺合料应用于混凝土有助于固废高值化利用和节能减排,而关于铁尾矿粉混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的研究,大多只考虑了单一条件或者加速条件环境,其在多种环境耦合下的劣化特征尚未得到探究.本文将铁尾矿粉作为矿物掺合料应... 详细信息

铁尾矿粉作为矿物掺合料应用于混凝土有助于固废高值化利用和节能减排,而关于铁尾矿粉混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的研究,大多只考虑了单一条件或者加速条件环境,其在多种环境耦合下的劣化特征尚未得到探究.本文将铁尾矿粉作为矿物掺合料应用于混凝土中,以相对动弹性模量、质量损失率为性能指标,研究荷载-硫酸盐干湿循环耦合作用下铁尾矿粉混凝土劣化过程,探究铁尾矿粉掺量和荷载率对铁尾矿粉混凝土内部劣化的影响,结合扫描电镜(SEM)、X-ray衍射分析(XRD)、压汞(MIP)等微观手段揭示铁尾矿粉混凝土在耦合作用下损伤劣化机理.结果表明:适量铁尾矿粉的掺入有利于其与矿粉的协同水化作用,提高混凝土水化程度和基体密实度,减少硫酸根离子传输路径,提高混凝土抗硫酸盐侵蚀能力;荷载的施加使试块内部微裂纹宽度和数量增加,为硫酸根离子的进入提供更多渗透路径,加速铁尾矿粉混凝土损伤劣化过程;耦合作用使得铁尾矿粉混凝土内部损伤不断累积,在微观上表现为结构的疏松和裂缝的衍生扩展,在宏观上表现为力学性能的衰减和整体结构完整性的下降.

关键词：铁尾矿粉混凝土硫酸盐侵蚀荷载率耦合作用劣化机理干湿循环

基于固有频率的错断式坠落危岩体稳定系数计算模型

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工程力学 2024年第4期41卷 1-10页

作者：张晓勇谢谟文张磊杜岩高世崇李双全北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北京中关村智连安全科学研究院有限公司北京100083

错断式坠落危岩体的安全稳定程度受后缘裂缝深度控制,基于静力学的稳定系数计算可得到后缘裂隙深度临界值,但静力学计算方法无法得到裂隙深度的实时变化。基于修正Timoshenko梁建立岩梁动力学方程,结合动力基础半空间理论对岩梁的约束... 详细信息

错断式坠落危岩体的安全稳定程度受后缘裂缝深度控制,基于静力学的稳定系数计算可得到后缘裂隙深度临界值,但静力学计算方法无法得到裂隙深度的实时变化。基于修正Timoshenko梁建立岩梁动力学方程,结合动力基础半空间理论对岩梁的约束刚度及边界条件做深入分析,得到不同裂缝深度条件下危岩体固有频率理论解析。基于数值计算验证固有频率算法的正确性,并得出结论:随裂隙深度增大,固有频率不断降低,固有频率对危岩体后缘裂隙深度变化较为敏感,根据危岩体的固有频率值可反算危岩体后缘裂隙深度。基于固有频率与危岩体后缘裂隙深度之间的关系建立错断式坠落危岩体稳定系数计算模型,并采用室内试验进行验证,得出结论:危岩体固有频率与其后缘裂隙深度近似为负线性相关。基于固有频率的错断式坠落危岩体稳定系数计算模型可为危岩体自动化监测提供有益借鉴。

关键词：错断式坠落危岩体稳定系数修正Timoshenko梁理论动力基础半空间理论固有频率

不同灰砂比岩充组合体疲劳损伤与破裂特性试验研究

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岩土力学 2024年第9期45卷 2669-2681页

作者：龙大愚王宇李鹏李长洪蔡美峰北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北京科技大学城市与地下空间工程北京市重点实验室北京100083

为了揭示地下采场中岩充组合结构体在频发应力扰动作用下的损伤演化和破裂机制,对4种不同灰砂比的岩充组合体试样开展多级增幅疲劳试验并进行试验后CT扫描。结果表明:(1)充填体的灰砂比对岩充组合体的变形、刚度劣化、损伤扩展和破坏模... 详细信息

为了揭示地下采场中岩充组合结构体在频发应力扰动作用下的损伤演化和破裂机制,对4种不同灰砂比的岩充组合体试样开展多级增幅疲劳试验并进行试验后CT扫描。结果表明:(1)充填体的灰砂比对岩充组合体的变形、刚度劣化、损伤扩展和破坏模式均有影响。灰砂比从1:4下降到1:12,体积膨胀增加,割线模量先增加后减小。(2)提出了基于不可逆轴向应变的累积损伤演化模型,该模型与试验数据拟合良好,灰砂比为1:4和1:8的岩充组合体累积损伤呈现2阶段增加模式,即最初稳定增加,随后急剧增加。灰砂比为1:10和1:12的岩充组合体呈现倒“S”形损伤累积模式,即初始、稳定和加速增加3个阶段。(3)随着灰砂比减小,岩充组合体的宏观破坏模式从拉伸−剪切混合破坏过渡为拉伸破坏。试验后的CT图像揭示了岩充组合体细观破裂演化模式,包括充填体中的剪切破坏、沿着岩石和充填体接触面的拉伸破裂以及岩石中的拉伸和剪切破裂。采用“柔性充填体”有利于防止岩石剥落、坍塌等灾害。研究成果可为矿山充填配比优化和深部矿产资源安全开采提供理论依据。

关键词：岩充组合体充填配比疲劳扰动损伤破裂 CT扫描

基于形态学开运算的浸矿体系孔隙结构及其演化特征

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工程科学学报 2024年第2期46卷 199-208页

作者：王雷鸣李辉尹升华潘晨阳廖文胜北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 核工业北京化工冶金研究院北京101149

立足堆浸体系的偏析分层复杂结构,结合X-ray CT无损探测、形态学开运算处理、MATLAB和OsiriX可视化软件等手段,引入颗粒间孔隙的当量孔隙尺寸、面积、数量等关键表征参量,如从二维量化和三维可视化层面揭示浸矿体系中颗粒间孔隙结构特... 详细信息

立足堆浸体系的偏析分层复杂结构,结合X-ray CT无损探测、形态学开运算处理、MATLAB和OsiriX可视化软件等手段,引入颗粒间孔隙的当量孔隙尺寸、面积、数量等关键表征参量,如从二维量化和三维可视化层面揭示浸矿体系中颗粒间孔隙结构特征及其演化规律.研究发现,细颗粒夹层呈“包裹体”状且均位于粗矿石颗粒的内部,分析认为其是造成堆浸体系颗粒偏析和分层的重要致因;浸矿作用下微细颗粒迁移导致矿堆内部发生沉积压实作用,由197 mm降至180 mm以下;浸矿21 d后,矿堆上部孔隙呈增大趋势,下部孔隙率呈减小趋势,此外,纵向当量孔隙的直径由2.81 mm减小至2.18 mm,其变化趋势和程度要显著大于横向颗粒间孔隙的当量直径;对比浸矿0 d和21 d的柱浸体系三维颗粒间孔隙结构,证实了细颗粒夹层所处区域的粘结聚集以及细颗粒夹层周边区域形成溶液绕流、溶液优势流动路径.

关键词：金属矿堆浸技术颗粒偏析颗粒间孔隙三维可视化

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矿石品位在线检测技术发展研究

中国工程科学 2024年第3期26卷 152-163页

作者：王怀远刘政宇曲福明王连成岳星彤张兴帆邵安林鞍钢集团北京研究院有限公司北京102209 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北京科技大学矿产研究院北京100083 中国科学院沈阳自动化研究所沈阳110169

矿石品位是衡量矿产经济价值的核心指标,相应在线检测能力事关矿山企业经济效益、环境影响和生产智能化水平。本文论述了矿石品位在线检测技术的应用价值及分类情况,从放射性检测、光学检测、电磁检测、机器视觉检测等技术方向出发,梳... 详细信息

矿石品位是衡量矿产经济价值的核心指标,相应在线检测能力事关矿山企业经济效益、环境影响和生产智能化水平。本文论述了矿石品位在线检测技术的应用价值及分类情况,从放射性检测、光学检测、电磁检测、机器视觉检测等技术方向出发,梳理了矿石品位在线检测技术研究与应用进展;辨识了相关技术发展面临的挑战,涵盖技术研究层面的精度瓶颈与干扰因素、信号解析与优化难题、模型构建与数据依赖关系,实际应用层面的辐射安全与成本效益考量、适应多样矿石特性的技术突破、恶劣环境下稳定运行与即时反馈。进一步阐述了矿石品位在线检测技术未来发展方向,包括多模态融合与智能感知技术前沿探索、智能感知与数据处理算法迭代升级、微型化/远程化/智能化设备研发、实时动态监测网络系统构建与优化等关键技术攻关突破内容,深度学习促进微观与宏观特征融合分析、量子计算与生物启发算法、智能传感器网络与物联网技术等新兴技术前瞻探索内容。建议在技术创新与设备升级、标准制定与规范建设、“产学研用”合作机制深化、人才培养与队伍建设、国际合作与资源共享等方面积极行动,以矿石品位在线检测技术提升促进矿产资源开发利用的智能化、高效化发展。

关键词：矿石品位在线检测放射性检测光学检测电磁检测机器视觉检测

基于嵌入式传感技术的混凝土结构概率损伤成像方法

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建筑结构学报 2024年第6期45卷 143-152页

作者：张明辉周德源何斌陈洪兵孔庆钊同济大学结构防灾减灾工程系上海200092 同济大学电子与信息工程学院上海200092 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 上海韧性城市与智能防灾工程技术研究中心上海200092

混凝土结构损伤的早期预警与精准量化是土木工程结构健康监测领域的热点。提出了一种基于嵌入式传感技术的混凝土结构概率损伤成像方法,通过对混凝土材料中骨料、砂浆基体以及界面过渡区的二维细观有限元建模,揭示了探测应力波在不均匀... 详细信息

混凝土结构损伤的早期预警与精准量化是土木工程结构健康监测领域的热点。提出了一种基于嵌入式传感技术的混凝土结构概率损伤成像方法,通过对混凝土材料中骨料、砂浆基体以及界面过渡区的二维细观有限元建模,揭示了探测应力波在不均匀性混凝土材料及损伤界面的传播机制。结合传感器阵列的损伤可视化机理,设计了一种嵌入式压电传感器阵列模块,为精准量化混凝土损伤,结合概率损伤成像方法,通过基线相减法和希尔伯特变换从探测信号中提取损伤散射波的传播时间信息,引入累积分布函数,实现对混凝土损伤区域的可视化重构。试验结果表明,嵌入式传感模块可实现对混凝土结构的三维损伤成像,且识别出损伤中心位置与真实损伤中心位置在二维投影面上的误差为1.0 cm,验证了该方法对混凝土损伤感知的有效性与准确性。相比于现有嵌入式稀疏分布传感器,多传感单元集成的阵列模块可明显提升对混凝土局部损伤的探知能力,同时降低传感器系统在服役期的运维成本。

关键词：结构健康监测混凝土结构细观有限元模型压电传感器嵌入式压电传感阵列模块概率损伤成像