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高温后混凝土毛细吸水特性的核磁共振分析及其力学性能研究

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材料导报 2025年第3期39卷 81-87页

作者：田威郭健王文奎张景生王凯星长安大学建筑工程学院西安710061 中交第四公路工程局有限公司北京100022

为了探究高温对混凝土力学性能及毛细吸水特性的影响,对高温后混凝土试样开展单轴压缩试验和毛细吸水试验,并借助核磁共振扫描(NMR)技术对孔隙结构以及毛细吸水过程进行了研究。试验结果表明,经历200、400、600及800℃高温作用后,混凝... 详细信息

为了探究高温对混凝土力学性能及毛细吸水特性的影响,对高温后混凝土试样开展单轴压缩试验和毛细吸水试验,并借助核磁共振扫描(NMR)技术对孔隙结构以及毛细吸水过程进行了研究。试验结果表明,经历200、400、600及800℃高温作用后,混凝土的质量损失率逐渐增大,抗压强度整体呈先上升后下降的趋势。依据核磁共振T_(2)谱的分布特征将混凝土孔隙分为微孔、中孔、毛细管孔和大孔,分析高温后混凝土吸水特性,发现混凝土吸水高度与核磁信号强度总体上呈指数函数关系;当核磁信号强度迅速增加时,水分在毛细管力的作用下,进入混凝土试样内部;当核磁信号随时间延长仍逐渐上升但增长速率逐渐降低时,试样保持吸水状态但单位时间吸水量逐渐降低;当核磁信号下降且降低速率逐渐减缓时,孔隙逐渐被水分充满,混凝土试样趋于饱和。

关键词：混凝土高温核磁共振孔隙结构毛细吸水

一种具有可控数值阻尼的无条件稳定半显式积分算法

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哈尔滨工业大学学报 2025年第2期57卷 113-121页

作者：傅博张付泰张清凯陈瑾长安大学建筑工程学院西安710061

结构模型经过有限元方法空间离散化处理之后,可能引入虚假的高频分量,这部分高频分量会对结构的动力响应求解带来不利影响。为此,需要引入算法的数值阻尼有效地抑制这部分虚假的高频分量。使用半显式算法格式,通过匹配隐式ρ_(∞)-Bath... 详细信息

结构模型经过有限元方法空间离散化处理之后,可能引入虚假的高频分量,这部分高频分量会对结构的动力响应求解带来不利影响。为此,需要引入算法的数值阻尼有效地抑制这部分虚假的高频分量。使用半显式算法格式,通过匹配隐式ρ_(∞)-Bathe算法放大矩阵的特征方程系数,提出一种具有可控数值阻尼的无条件稳定半显式积分算法,记为NSE(New Semi-Explicit)-ρ_(∞)算法,新算法通过两个自由参数ρ_(∞)和γ控制算法的数值阻尼,并且无需对结构运动方程进行加权处理。对新算法的稳定性、精度、周期延长和振幅衰减等数值特性进行分析,结果表明,新算法对于线弹性体系和非线性刚度软化体系均为无条件稳定。通过具有代表性的数值算例,将新算法与两种具有可控数值阻尼的无条件稳定显式积分算法进行对比,证明新算法能够更加有效地抑制虚假高频分量。

关键词：积分算法显式稳定数值阻尼结构动力学

不同冷却方式锈蚀冷弯薄壁型钢材高温后力学性能

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哈尔滨工业大学学报 2025年第2期57卷 90-103页

作者：吕晶郑健龙王璐瑶韩文超尹豪长安大学建筑工程学院西安710061

为研究冷弯薄壁型钢材料在高温和锈蚀耦合作用下力学性能变化规律,通过中性盐雾锈蚀、高温煅烧、冷却和拉伸试验,对180个经历0~60 d人工加速锈蚀和20~800℃高温煅烧后1.5 mm厚S280GD+Z型冷轧薄钢板在自然冷却和浸水冷却方式下的力学性... 详细信息

为研究冷弯薄壁型钢材料在高温和锈蚀耦合作用下力学性能变化规律,通过中性盐雾锈蚀、高温煅烧、冷却和拉伸试验,对180个经历0~60 d人工加速锈蚀和20~800℃高温煅烧后1.5 mm厚S280GD+Z型冷轧薄钢板在自然冷却和浸水冷却方式下的力学性能进行了试验研究。结果表明:在锈蚀和高温耦合作用下,钢材表面特征和破坏模式受冷却方式影响较大;锈蚀率小于6%时,锈蚀对S280GD+Z钢材力学性能影响较小;受火温度低于600℃时,受火温度及冷却方式对S280GD+Z钢材屈服强度、极限强度影响不显著;在锈蚀和高温耦合作用下,受火温度大于600℃后,钢材强度退化幅度变大并且高温在对钢材强度影响中占主导地位;冷却方式对钢材伸长率影响较大,自然冷却条件下,伸长率随受火温度呈先增加后减小趋势,浸水冷却条件下,伸长率随受火温度整体呈降低趋势。建立了锈蚀与高温耦合作用下,S280GD+Z钢材力学参数与锈蚀率、受火温度之间定量关系的数学模型,基于简化的二次塑流模型建立了锈蚀与高温耦合作用下S280GD+Z钢材本构模型。

关键词：高温锈蚀耦合作用冷弯薄壁型钢力学性能

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形状记忆合金嵌入式加固钢筋混凝土柱抗震性能试验

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哈尔滨工业大学学报 2025年第2期57卷 78-89页

作者：邢国华赵嘉华常召群王浩楠陆勇健长安大学建筑工程学院西安710061

为研究形状记忆合金(SMA)嵌入式加固法对钢筋混凝土柱抗震性能的影响,设计制作6根SMA嵌入式加固钢筋混凝土柱试件,通过低周往复荷载试验研究SMA筋加固混凝土柱的破坏过程及破坏模式,分析SMA加固量、轴压比和环包CFRP布对加固柱滞回性能... 详细信息

为研究形状记忆合金(SMA)嵌入式加固法对钢筋混凝土柱抗震性能的影响,设计制作6根SMA嵌入式加固钢筋混凝土柱试件,通过低周往复荷载试验研究SMA筋加固混凝土柱的破坏过程及破坏模式,分析SMA加固量、轴压比和环包CFRP布对加固柱滞回性能、位移延性、刚度退化和耗能等抗震性能的影响,基于数字图像相关法分析SMA筋嵌入式加固柱的曲率分布。结果表明:SMA筋嵌入式加固钢筋混凝土柱因柱脚处纵向受拉钢筋屈服和混凝土压溃形成塑性铰而破坏,主要表现为延性破坏模式;相同轴压比下,加固柱试件较普通混凝土柱承载力提高了51.2%~70.2%,位移延性和累计耗能也得到提升,抗震性能显著改善;随加固量增加,SMA筋嵌入式加固柱的耗能、塑性铰长度和极限位移显著提高;在层间位移角达到1/50之前,承载力没有明显下降;轴压比增大至0.4时,加固柱的峰值荷载和耗能能力增大,延性显著降低,环包CFRP布后加固柱的变形和耗能明显改善。基于平截面假定,提出SMA筋嵌入式加固钢筋混凝土柱受弯承载力计算模型,计算结果与试验结果吻合良好。

关键词：钢筋混凝土柱形状记忆合金抗震性能嵌入式加固承载力数字图像相关法

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搭接长度等对Ⅱ型APC接头拉伸性能的影响

哈尔滨工业大学学报 2025年第1期57卷 128-139页

作者：余琼敖晟瑞唐子鸣郭霖谢青海张志陈振海同济大学土木工程学院上海200092 山西建筑工程集团有限公司太原030006 山西二建集团有限公司太原030013

为研究搭接长度和钢筋直径对Ⅱ型APC接头力学性能的影响,对63个该接头进行单向拉伸试验,分析了接头破坏模式、极限承载力、延性和黏结应力等。结果表明:钢筋直径相同时,随搭接长度增加,平均黏结应力降低,试件强度、延性、最大力总伸长... 详细信息

为研究搭接长度和钢筋直径对Ⅱ型APC接头力学性能的影响,对63个该接头进行单向拉伸试验,分析了接头破坏模式、极限承载力、延性和黏结应力等。结果表明:钢筋直径相同时,随搭接长度增加,平均黏结应力降低,试件强度、延性、最大力总伸长率明显提高,残余变形整体呈下降趋势;钢筋拉断破坏试件强度、延性、最大力总伸长率和残余变形满足规范要求;加载过程中,套筒中部截面短边纵向和长边环向始终受拉;极限荷载下,随搭接长度增加,套筒中部截面短边侧环向压应变先转变为拉应变再向压应变发展,长边侧纵向压应变转变为拉应变;相对搭接长度相同时,极限承载力随钢筋直径增加而提高;提出的极限黏结强度及临界搭接长度计算公式与试验值吻合较好,可为实际工程应用提供参考。单拉工况下,钢筋直径不大于18 mm时,建议接头搭接长度大于12 d。

关键词： Ⅱ型APC接头拉伸性能搭接长度黏结强度

大深宽比矩形高层建筑表面脉动风压非高斯特性

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哈尔滨工业大学学报 2025年第1期57卷 46-55页

作者：袁家辉陈水福刘奕中冶南方城市建设工程技术有限公司武汉430063 浙江大学建筑工程学院杭州310058

为探究大深宽比矩形高层建筑表面脉动风压的非高斯特性,本文对深宽比为1/9~9的矩形高层建筑进行了同步测压风洞试验。基于试验结果,分析了建筑表面风压的三阶和四阶统计矩分布特性,对高层建筑各立面风压进行高斯与非高斯分布的分区;研... 详细信息

为探究大深宽比矩形高层建筑表面脉动风压的非高斯特性,本文对深宽比为1/9~9的矩形高层建筑进行了同步测压风洞试验。基于试验结果,分析了建筑表面风压的三阶和四阶统计矩分布特性,对高层建筑各立面风压进行高斯与非高斯分布的分区;研究了风压的空间相关系数与非高斯性强度的关系,提出了一种新的估算建筑侧风面平均再附长度的计算方法。结果表明:在建筑侧风面上,脉动风压服从高斯还是非高斯分布取决于测点到迎风前缘的距离;除了以往文献指出的迎风面角部、侧风面分离区和背风面风压呈现非高斯性外,再附区后面的风压也呈现出高度的非高斯性;本文提出的相关系数法在计算平均再附长度时具有良好的准确性,利用该方法获得了矩形高层建筑侧风面的平均再附长度沿高度的变化呈抛物线形状。

关键词：矩形高层建筑非高斯特性风洞试验相关系数平均再附长度

微孔注氦型固-气混合火箭发动机比冲增益机制研究

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航空学报 2025年

作者：李程珂王革杨泽南李祎哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院内蒙合成化工研究所

受固体推进剂能量水平限制，固体火箭发动机的比冲相对较低，而注氦型固-气混合火箭发动机能通过向固体发动机内注入分子量低、膨胀能力强的氦气可有效提高发动机比冲。为进一步提高注氦型固-气混合火箭发动机性能，对采用微孔阵列注氦... 详细信息

受固体推进剂能量水平限制，固体火箭发动机的比冲相对较低，而注氦型固-气混合火箭发动机能通过向固体发动机内注入分子量低、膨胀能力强的氦气可有效提高发动机比冲。为进一步提高注氦型固-气混合火箭发动机性能，对采用微孔阵列注氦的固-气混合火箭发动机进行数值模拟，对比分析了微孔尺度对发动机性能的影响。数值模拟结果表明，发动机比冲随着氦气注入比例（氦气注入流量与燃气流量的比值）的变化呈现出抛物线趋势，在氦气注入比例为1:4时达到峰值。较小的微孔尺度下，发动机可以获得更高的比冲增益，比冲增益最高可达5.77%。氦气质量分数低的混合气体对发动机比冲提供正增益，而氦气质量分数高的混合气体由于总温较低、膨胀能力弱而导致比冲负增益，因此发动机比冲取决于高、低氦气质量分数混合气体的共同作用。发动机推力随氦气注入比例增加而不断增加，通过改变氦气注入比例从0到2:1，微孔直径2 mm的发动机可实现100%-313%的最大推力调节范围。氦气的注入大幅减低了燃气的出口温度，喷管出口均温最高降低了1600 K。因此，注氦型固-气混合发动机能有效降低发动机尾喷口的羽流温度，抑制羽流红外辐射特征，获得较好的红外隐身效果。

关键词：固-气混合火箭发动机氦气比冲增益推力调节红外隐身

冲击载荷作用下高能管道塑性大变形的最大挠度预测方法

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核动力工程 2025年第1期46卷 216-224页

作者：顾睿杰董成武何建孙晓丹姚迪哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院哈尔滨150001 中国核动力研究设计院成都610213

高能管道在冲击载荷的作用下,结构会发生大挠度变形。为了预测高能管道的最大变形挠度,本文基于膜力因子法(MFM)推导了适用于该结构的膜力因子,建立了相较于传统方法更便捷的跨中挠度计算方法,并与数值模拟结果和试验结果进行了对比,验... 详细信息

高能管道在冲击载荷的作用下,结构会发生大挠度变形。为了预测高能管道的最大变形挠度,本文基于膜力因子法(MFM)推导了适用于该结构的膜力因子,建立了相较于传统方法更便捷的跨中挠度计算方法,并与数值模拟结果和试验结果进行了对比,验证了其准确性。研究结果表明:MFM对管道结构挠度预测有较高的准确度;跨中挠度的大小由变量因子控制,跨中挠度随着冲击荷载与管道长度的增加而增加,随着塑性极限弯矩的增加而减小。由于MFM未考虑截面塌陷所耗散的能量,所以对于椭圆化程度较高的管道,挠度预测结果与实际情况相比偏大,但是由于管道内部高能流体的支承,管道的塌陷效应不明显,因此该方法可用于对高能管道大挠度变形进行预测。针对塌陷程度较高的管道,结合塌陷模型对MFM预测结果进行了修正,大大提高了预测方法的准确性。

关键词：膜力因子法(MFM) 跨中挠度塌陷模型高能管道塑性大变形

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囊体扩张主动控制桩基水平变形机理分析

岩土工程学报 2025年第1期47卷 85-95页

作者：黄建友闫宇涛刁钰郑刚李凯贾建伟刘永超天津大学建筑工程学院天津300072 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学) 天津300072 中国建筑第五工程局有限公司湖南长沙410004 中国建筑第六工程局有限公司天津300457 天津建城基业集团有限公司天津300301

囊体扩张是一种新型地下结构变形主动控制技术,然而其在桩基变形控制机理方面尚未深入研究。采用有限元软件探究了囊体扩张控制桩基水平变形机理,分析了囊体扩张引起桩基和土体变形特性以及囊体-土体-桩体之间相互作用。结果表明:扩张直... 详细信息

囊体扩张是一种新型地下结构变形主动控制技术,然而其在桩基变形控制机理方面尚未深入研究。采用有限元软件探究了囊体扩张控制桩基水平变形机理,分析了囊体扩张引起桩基和土体变形特性以及囊体-土体-桩体之间相互作用。结果表明:扩张直径0.5 m的囊体对直径为1.2 m的桩可产生最大5.5 mm水平变形,控制效率为60%,囊体扩张对桩基水平变形控制效果良好。囊体扩张会引起邻近土体产生较大的超孔隙水压力,而孔压消散会导致土体压缩而降低桩基控制效率。当扩张距离较小时,桩径对囊体扩张控制效果影响显著。囊体扩张对桩径为0.4~1.6m的桩均有一定的变形控制效果,尤其适用于小直径桩基的变形控制。随扩张直径的增大,桩基最大水平位移近乎呈线性增大。此外,桩基水平变形随扩张距离增大而减小,但由于扩张对周围孔隙水压力影响范围有限,导致控制效率呈增大趋势。双排囊体扩张控制变形中“遮拦效应”和“反力效应”明显,控制桩基变形应遵循“先远后近,逐排扩张”的原则,以提高控制效果。

关键词：囊体扩张桩基变形控制机理分析