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FRP筋在不同腐蚀环境下的层间剪切性能劣化试验

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复合材料学报 2024年第4期41卷 2031-2042页

作者：王自柯段建新赵军杨永明郑州大学力学与安全工程学院郑州450001 郑州大学土木工程学院郑州450001

本文研究了玄武岩纤维、玻璃纤维及碳纤维增强聚合物(BFRP、GFRP和CFRP)筋在水、强碱溶液(pH=12.8)、弱碱溶液(pH=11)、模拟海水及酸溶液(pH=1.5)这5种腐蚀溶液环境下的性能劣化情况。通过层间剪切强度测试、水吸收试验、DMA、FTIR和SE... 详细信息

本文研究了玄武岩纤维、玻璃纤维及碳纤维增强聚合物(BFRP、GFRP和CFRP)筋在水、强碱溶液(pH=12.8)、弱碱溶液(pH=11)、模拟海水及酸溶液(pH=1.5)这5种腐蚀溶液环境下的性能劣化情况。通过层间剪切强度测试、水吸收试验、DMA、FTIR和SEM探究了不同老化温度(20、40和55℃)与腐蚀时间(1、2、3、6和9月)下FRP筋的纤维-树脂界面粘结性能、微观结构及化学成分等的劣化规律。试验结果表明:FRP筋的层间剪切强度受腐蚀环境的影响显著,在强碱溶液中的劣化速率远高于其他溶液,其原因是高浓度的OH−离子加速了FRP筋的水解和刻蚀反应,导致大量纤维与树脂发生脱粘,最终导致层间剪切强度降低;与BFRP筋和GFRP筋相比,CFRP筋的耐久性相对优异,在相同老化条件下具有更高的层间剪切强度保留率。

关键词： FRP筋腐蚀环境层间剪切强度水吸收红外光谱分析热机械分析

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柔性层状石墨烯感应元件制备及其力敏特性

浙江大学学报（工学版） 2024年第1期58卷 150-160页

作者：吴志强卫军董荣珍信阳师范大学建筑与土木工程学院河南信阳464000 中南大学土木工程学院湖南长沙410075

为了弥补现有传感器在混凝土非连续变形监测上的不足,采用特殊构型法,以还原氧化石墨烯-纳米纤维素(RGO-CNF)为传感层、聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基层,设计和制备了PDMS/RGO-CNF/PDMS层状感应元件,对其力学、电学和力敏性能进行测试和分析... 详细信息

为了弥补现有传感器在混凝土非连续变形监测上的不足,采用特殊构型法,以还原氧化石墨烯-纳米纤维素(RGO-CNF)为传感层、聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基层,设计和制备了PDMS/RGO-CNF/PDMS层状感应元件,对其力学、电学和力敏性能进行测试和分析.结果表明,CNF能够有效地协助RGO在异丙醇中均匀分散,经化学溶胀和孔隙填充构建的传感层与基底层紧密结合,能够承受超过100%的拉伸应变.感应元件经过约10次循环拉伸后,应变电阻响应达到稳定状态,表现出良好的可回复性和可重复性.在0~10%应变下,感应元件的电阻变化率近似呈线性变化,灵敏系数可达15,随应变继续增大,电阻变化率呈指数型增长.应变电阻响应强度随应变速率的增大而提高,利用建立的考虑应变率效应的应变电阻响应模型,能够较好地预测感应元件的力敏行为.

关键词：石墨烯层状感应元件力敏性应变电阻响应模型纳米纤维素

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饱和地基水泥土复合桩近场主动隔振的BEM-FEM耦合分析

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振动与冲击 2024年第1期43卷 252-264,282页

作者：时刚郜新军张浩郑州大学土木工程学院郑州450001

人工振动污染是当前城市发展过程中面临的一个难题,单排或多排桩是人工振动污染防治的一种重要方式。传统基桩施工容易造成泥浆污染、振动等各种负面环境问题,而水泥土复合桩是一种低振动、低噪声、无挤土、少排泥浆的新型基桩,特别适... 详细信息

人工振动污染是当前城市发展过程中面临的一个难题,单排或多排桩是人工振动污染防治的一种重要方式。传统基桩施工容易造成泥浆污染、振动等各种负面环境问题,而水泥土复合桩是一种低振动、低噪声、无挤土、少排泥浆的新型基桩,特别适合在城区构建排桩屏障。针对饱和地基中单排水泥土复合桩的近场主动隔振问题,建立了动力机器基础环境振动影响的半解析BEM方程;在此基础上,分别采用半解析BEM对饱和地基、FEM对水泥土复合桩进行建模,根据饱和地基-水泥土桩接触面的平衡和相容条件,建立了水泥土复合桩近场主动隔振的半解析BEM-FEM耦合方程,给出了耦合方程稀疏矩阵的存储策略,并对单排水泥土复合桩的近场主动隔振效果进行了计算分析。研究结果表明:单排水泥土复合桩能够有效地对动力机器基础引起环境振动进行隔振;等长芯桩复合桩的隔振效果要优于短芯桩。单排水泥土复合桩的隔振效果随着桩数的增加而逐渐提高;较小桩间距并不一定取得更好的隔振效果,建议相邻桩桩间净距取2.0~2.5λ_(R)(Rayleigh波波长)。随着单排水泥土复合桩距振源距离的增加,屏障隔振效果逐渐降低,但降低幅度相对较小。此外,对水泥土复合桩而言,当内插预制桩的外轮廓尺寸相同时,预制芯桩型式对水泥土复合桩隔振效果影响相对较小,可根据实际工程条件选择合适的芯桩类型。

关键词：饱和地基水泥土复合桩近场主动隔振隔振效果半解析BEM-FEM

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钢筋混凝土柱的易损性函数研究

工程力学 2024年第1期41卷 219-228页

作者：代旷宇于晓辉吕大刚郑州大学水利与土木工程学院郑州450001 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090 桂林理工大学土木建筑工程学院桂林541004

基于文献调研,建立了满足我国现行设计规范的钢筋混凝土(RC)框架柱的拟静力试验数据库。将RC柱的损伤状态分为六级,并给出了相应修复方法。基于FEMA P-58方法,以位移角为工程需求参数,建立了RC柱在各损伤状态下所对应的易损性函数。通过... 详细信息

基于文献调研,建立了满足我国现行设计规范的钢筋混凝土(RC)框架柱的拟静力试验数据库。将RC柱的损伤状态分为六级,并给出了相应修复方法。基于FEMA P-58方法,以位移角为工程需求参数,建立了RC柱在各损伤状态下所对应的易损性函数。通过与FEMA P-58的易损性函数对比,对所建立的易损性函数的质量进行了评定,并讨论了抗震设防等级和轴压比对易损性函数的影响。结果表明:该文所建立的易损性函数整体处于高质量水准。各极限状态下易损性函数中位值范围为0.764%~4.52%,对数标准差范围为0.339~0.425。三、四级框架柱与一级框架柱在各极限状态的易损性曲线的超越概率之差分别高达11.79%和15.39%。一级、二级及三、四级框架柱在高轴压比工况和低轴压比工况下各极限状态的易损性曲线的超越概率之差分别高达到42.61%、37.11%和43.37%。该文研究结果可辅助我国混凝土建筑结构的地震灾害损失评估及韧性分析。

关键词： RC柱易损性函数损伤状态修复方法抗震韧性

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配置预应力钢棒的钢筋混凝土剪力墙抗震性能研究

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建筑结构学报 2024年第1期45卷 117-127页

作者：张香成朱银胜赵军沈富强郑州大学力学与安全工程学院河南郑州450001 郑州大学土木工程学院河南郑州450001

为研究配置预应力钢棒混凝土剪力墙的抗震性能和自复位能力,对剪跨比均为2.0的1个钢筋混凝土剪力墙和2个暗柱配置光圆预应力钢棒的钢筋混凝土剪力墙进行低周反复加载试验,对比研究了3个剪力墙的破坏情况、滞回性能、骨架曲线、承载力退... 详细信息

为研究配置预应力钢棒混凝土剪力墙的抗震性能和自复位能力,对剪跨比均为2.0的1个钢筋混凝土剪力墙和2个暗柱配置光圆预应力钢棒的钢筋混凝土剪力墙进行低周反复加载试验,对比研究了3个剪力墙的破坏情况、滞回性能、骨架曲线、承载力退化、刚度退化、残余变形、裂缝宽度、耗能能力等。结果表明:与普通钢筋混凝土剪力墙相比,配置预应力钢棒能明显提高剪力墙的承载力,减轻混凝土破坏程度,降低刚度退化速率,以及减小最大裂缝宽度,但剪力墙的延性和耗能能力均有所降低;当位移角大于1.6%时,配置预应力钢棒剪力墙的残余变形和残余裂缝宽度相比于普通钢筋混凝土剪力墙的均明显减小,表明配置预应力钢棒的混凝土剪力墙的自复位能力较好,随着暗柱预应力钢棒的增加,剪力墙自复位能力也得到增强。采用ABAQUS有限元软件对3个剪力墙进行数值模拟,将模拟结果与试验结果进行对比,结果吻合较好,进而验证了数值模拟的有效性。

关键词：钢筋混凝土剪力墙预应力钢棒低周反复加载试验抗震性能自复位性能

钢筋混凝土梁受拉区钢纤维影响系数的概率分布与取值建议

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应用基础与工程科学学报 2024年第3期32卷 860-874页

作者：黄云超高丹盈朱海堂房栋丁冲华北水利水电大学水利学院河南郑州450046 郑州大学水利科学与工程学院河南郑州450002 河南工程学院土木工程学院河南郑州451191 郑州大学土木工程学院河南郑州450002

通过18根高强钢筋钢纤维混凝土梁和1根高强钢筋混凝土梁的受弯试验,研究了混凝土强度、钢筋强度、钢纤维体积率、钢纤维端部弯钩数量、钢纤维混凝土层厚比和纵筋配筋率对钢筋混凝土梁受弯承载力的影响,讨论了我国现行规范中反映钢纤维... 详细信息

通过18根高强钢筋钢纤维混凝土梁和1根高强钢筋混凝土梁的受弯试验,研究了混凝土强度、钢筋强度、钢纤维体积率、钢纤维端部弯钩数量、钢纤维混凝土层厚比和纵筋配筋率对钢筋混凝土梁受弯承载力的影响,讨论了我国现行规范中反映钢纤维对梁受弯承载力影响的系数值用于计算高强钢筋钢纤维混凝土梁受弯承载力的适用性.结果表明,掺入钢纤维可有效提高高强钢筋混凝土梁的受弯承载力;与我国现行规范中钢纤维影响系数值相比,高强钢筋钢纤维混凝土梁受拉区钢纤维影响系数值偏小;在此基础上,通过收集国内外文献中相关的试验数据,重点分析了钢纤维影响系数的概率分布,得到不同保证率下的钢纤维影响系数值,提出了钢筋钢纤维混凝土梁受拉区钢纤维影响系数值的取值建议,可为我国规范的修订提供参考.

关键词：高强钢筋钢纤维混凝土梁受弯承载力影响系数概率分布保证率

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地震动过程的时域降维建模

振动与冲击 2024年第6期43卷 311-319页

作者：阮鑫鑫刘章军姜云木信阳师范大学建筑与土木工程学院河南信阳464000 武汉工程大学土木工程与建筑学院武汉430074

地震动建模是工程结构随机地震反应和动力可靠度分析的基础。为此,提出了一类新的地震动过程的时域降维模型,并建议了模型中确定性参数的取值及随机参数的概率分布。首先,从平稳过程时域表达的基本理论出发,导出了平稳和非平稳地震动过... 详细信息

地震动建模是工程结构随机地震反应和动力可靠度分析的基础。为此,提出了一类新的地震动过程的时域降维模型,并建议了模型中确定性参数的取值及随机参数的概率分布。首先,从平稳过程时域表达的基本理论出发,导出了平稳和非平稳地震动过程的时域表达形式,通过引入随机函数的降维思想,实现了地震动过程的时域降维表达。同时,基于实测强震记录,给出了地震动时域降维模型的参数识别方法,进而获得模型中基本参数的确定性取值或概率分布。最后,通过地震动过程的降维模拟分析,并与实测强震记录的反应谱和傅里叶幅值谱对比分析。结果表明,地震动过程的时域降维模型具有良好的精度、收敛性和工程适用性,生成的代表性地震动时程能够反映地震动的自然变异性。

关键词：非平稳地震动时域表达降维建模参数识别自然变异性

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混杂纤维高强轻骨料混凝土单轴受压试验研究

材料导报 2024年第2期38卷 126-131页

作者：崔涛涛宁宝宽郜殿伟夏旭东沈阳工业大学建筑与土木工程学院沈阳110870

为了改善高强轻骨料混凝土(HSLC)的脆性破坏特征,采用钢纤维(SF)和聚丙烯纤维(PF)对HSLC进行增强,通过单轴受压试验研究两种纤维对HSLC单轴受压性能的影响。结果表明:SF和PF的体积掺量分别为2.0%和0.2%时具有最优的混杂效应,应力-应变... 详细信息

为了改善高强轻骨料混凝土(HSLC)的脆性破坏特征,采用钢纤维(SF)和聚丙烯纤维(PF)对HSLC进行增强,通过单轴受压试验研究两种纤维对HSLC单轴受压性能的影响。结果表明:SF和PF的体积掺量分别为2.0%和0.2%时具有最优的混杂效应,应力-应变曲线拐点处应力和收敛点处应变较单掺SF时分别提高了10.0%和56.5%,较单掺PF时分别提高了99.1%和150%;混杂纤维使HSLC的峰值应力、峰值应变和弹性模量最高分别提升了19.0%、1.20%和16.9%。最后,基于试验数据,提出了考虑两种纤维混杂效应的峰值应力、峰值应变和弹性模量的计算公式,建立了双参数混杂纤维增强HSLC的单轴受压本构模型,并且其与试验曲线吻合较好。该研究结果可为纤维增强HSLC的结构设计提供理论参考。

关键词：混杂纤维高强轻骨料混凝土应力-应变曲线混杂效应本构模型

基于运动形式转化利用转动惯量虚拟平动惯性质量的TMD控制系统

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振动工程学报 2024年第8期37卷 1377-1385页

作者：张春巍石一峰湛鑫刘志虎孙丽沈阳工业大学建筑与土木工程学院辽宁沈阳110870 沈阳建筑大学土木工程学院辽宁沈阳110168

针对调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)通常需要较大的附加质量,安装空间受限以及质量块运动时需要较大的行程等问题,基于平动‐转动运动形式相互转化和能量守恒原理,本文提出了利用转动惯量虚拟平动惯性质量的TMD控制系统(Rotary ... 详细信息

针对调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)通常需要较大的附加质量,安装空间受限以及质量块运动时需要较大的行程等问题,基于平动‐转动运动形式相互转化和能量守恒原理,本文提出了利用转动惯量虚拟平动惯性质量的TMD控制系统(Rotary inertia virtualizing translational mass based Tuned Mass Damper,简称RTMD),进行RTMD控制系统的设计概念,以单自由度结构对象为例建立了附加RTMD控制系统的运动方程,分析了RTMD控制系统参数对结构振动控制效果的影响规律。结果表明控制效果与系统的质量比、惯质比、阻尼比等参数密切相关,相关规律也可以推广到一般多自由度结构体系一阶振动的调谐吸振减振控制。进行了模型振动台试验研究,时域分析和频域分析结果均表明,试验结果与基于理论模型的数值分析结果一致性良好,验证了RTMD控制系统理论模型的正确性、设计参数的合理性以及控制系统应用于实际问题的可行性。

关键词：结构振动控制 TMD控制系统平动‐转动转化转动惯量振动台试验