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带有摩擦耗能组件的可更换钢梁柱拼接节点抗震性能试验

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吉林大学学报（工学版） 2024年第6期54卷 1643-1656页

作者：刁延松任义建杨元强赵凌云刘秀丽刘芸青岛理工大学土木工程学院山东青岛266525

基于可恢复功能的抗震设计理念,提出了一种带有摩擦耗能组件的可更换钢梁柱拼接节点。该节点同时利用屈服和摩擦两种机制进行耗能,具有延性好、损伤可控及损伤后可更换等优点。设计制作了缩尺比为1∶1.5的2个可更换钢梁柱拼接节点和1个... 详细信息

基于可恢复功能的抗震设计理念,提出了一种带有摩擦耗能组件的可更换钢梁柱拼接节点。该节点同时利用屈服和摩擦两种机制进行耗能,具有延性好、损伤可控及损伤后可更换等优点。设计制作了缩尺比为1∶1.5的2个可更换钢梁柱拼接节点和1个悬臂段螺栓连接钢梁柱节点试验模型,分别对其进行拟静力试验。对破坏后的2个可更换钢梁柱拼接节点试件进行修复,并进行二次加载,得到了节点试件在低周往复荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、应变和位移曲线、延性及耗能等抗震性能指标。结果表明:提出的可更换钢梁柱拼接节点的延性及耗能能力均优于悬臂段螺栓连接钢梁柱节点;可更换钢梁柱拼接节点的塑性损伤主要集中在可更换构件上,而主体构件基本保持在弹性工作范围内;修复后的节点几乎完全恢复了抗震性能,满足可更换性的要求。

关键词：结构工程可恢复功能可更换钢梁柱拼接节点抗震性能摩擦耗能拟静力试验

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泡沫混凝土气泡性能与基体材料研究进展

硅酸盐学报 2024年第2期52卷 706-724页

作者：宋强邹颖杰张鹏鲍玖文薛善彬青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033

泡沫混凝土是近年来广泛研究和应用的保温材料。泡沫混凝土制备过程中气泡性能与基体材料是影响其性能的关键。气泡不稳定及基体缺陷制约着泡沫混凝土大规模推广应用。为了揭示泡沫混凝土气泡和基体对其结构与性能影响,本文围绕气泡性... 详细信息

泡沫混凝土是近年来广泛研究和应用的保温材料。泡沫混凝土制备过程中气泡性能与基体材料是影响其性能的关键。气泡不稳定及基体缺陷制约着泡沫混凝土大规模推广应用。为了揭示泡沫混凝土气泡和基体对其结构与性能影响,本文围绕气泡性能和基体材料,全面总结和分析发泡剂和稳泡剂的种类及用量,基体材料种类和用量以及纤维、外加剂等研究现状,阐明宏观性能及微观结构关联机制,以期为中国泡沫混凝土材料和建筑节能事业提供有益参考。

关键词：泡沫混凝土气泡性能基体材料

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正交异性钢桥面板双轴疲劳性能评估

桥梁建设 2024年第2期54卷 91-98页

作者：安然王有志王希岗徐刚年齐鲁理工学院土木工程学院山东济南250200 山东大学土建与水利学院山东济南250061 中铁十四局集团第三工程有限公司山东济南250399 山东交通学院交通土建工程学院山东济南250357

为精确评估正交异性钢桥面板在双轴应力状态下的疲劳性能,以东营胜利黄河大桥为背景,建立该桥正交异性钢桥面板顶板、U肋、横隔板交叉连接部位焊缝的节段三维有限元模型,采用等效结构应力法对正交异性钢桥面板体系的双轴疲劳问题进行研... 详细信息

为精确评估正交异性钢桥面板在双轴应力状态下的疲劳性能,以东营胜利黄河大桥为背景,建立该桥正交异性钢桥面板顶板、U肋、横隔板交叉连接部位焊缝的节段三维有限元模型,采用等效结构应力法对正交异性钢桥面板体系的双轴疲劳问题进行研究;通过模型试验验证正交异性钢桥面板体系的双轴疲劳特性,并进行其构造细节疲劳寿命评估。结果表明:弧形切口起焊点的疲劳裂纹萌生位置在横隔板下方焊趾处,经历裂纹萌生、裂纹稳定扩展和裂纹失效3个阶段,最终失效阶段裂纹形式为Ⅱ型裂纹主导的Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹,此为该桥正交异性钢桥面板结构体系的主导疲劳失效模式;顶板焊缝焊趾及弧形切口起焊点焊趾处于双轴应力状态,面内剪切结构应力幅对疲劳应力的影响显著,按单轴疲劳应力进行寿命预测误差较大,按单轴疲劳应力状态对结构进行疲劳寿命设计偏于不安全;基于组合等效结构应力法的计算值与试验值吻合较好,各焊接细节计算得到的最大值下的疲劳裂纹起裂位置均与试验结果一致,按双轴疲劳应力预测疲劳寿命与试验值吻合较好,疲劳寿命评价精确度较高。

关键词：正交异性钢桥面板等效结构应力法双轴应力疲劳性能有限元法疲劳试验

纳米C-S-H-PCE对免蒸养高强混凝土性能的影响

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复合材料学报 2024年第1期41卷 333-347页

作者：付华王鹏刚田砾唐兴滨赵铁军青岛理工大学土木工程学院青岛266520 青岛市政集团砼业工程有限公司青岛266231

针对蒸汽养护易引起混凝土初始损伤及耐久性差等问题。本文采用纳米水化硅酸钙-聚羧酸醚复合材料(n-C-S-H-PCE)制备免蒸养高强混凝土。通过水化热、低场核磁等试验研究了n-C-S-H-PCE对混凝土抗压强度、水化速率、孔径分布、自收缩及耐... 详细信息

针对蒸汽养护易引起混凝土初始损伤及耐久性差等问题。本文采用纳米水化硅酸钙-聚羧酸醚复合材料(n-C-S-H-PCE)制备免蒸养高强混凝土。通过水化热、低场核磁等试验研究了n-C-S-H-PCE对混凝土抗压强度、水化速率、孔径分布、自收缩及耐久性的影响。结果表明:纳米水化硅酸钙(C-S-H)晶核为水化产物提供了成核位点,降低了成核的临界离子浓度K_(sp),诱导期和加速期显著提前,显著提高了混凝土早期抗压强度,1天混凝土抗压强度提高64%,且28天以后混凝土没有发生强度倒缩。掺入n-C-S-H-PCE后,混凝土基体孔径细化,凝胶孔和毛细孔比例均增加,导致混凝土自干燥过程中毛细孔负压增大,增大混凝土自收缩;然而,混凝土基体的最可几孔径和50~100 nm孔隙累计体积降低,提高了混凝土的抗氯离子侵蚀性能;孔径大于14 nm(临界孔径)的孔隙含量降低(由0.0287 mL/g降低到0.0156 mL/g),从而提高了混凝土的抗冻性能;此外,掺入n-C-S-H-PCE后,混凝土孔隙率降低,且随着矿粉掺量的增加,铝酸钙相和Ca2+的浓度降低,混凝土抗硫酸盐侵蚀能力提高。该研究为免蒸养、低收缩、高耐久、高强混凝土制备与应用提供了理论依据。

关键词：纳米早强剂免蒸养混凝土孔结构自收缩耐久性 C-S-H-PCE

纤维增强环氧/乙烯基树脂复合材料性能优化与劣化机制研究进展

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复合材料学报 2024年第3期41卷 1179-1191页

作者：曹银龙于桢琪冯鹏李荣张鹏张少杰鲍玖文青岛理工大学土木工程学院青岛266000 清华大学土木水利学院北京100084 中冶建筑研究总院有限公司北京100000

纤维增强聚合物(FRP)复合材料具有轻质高强、耐腐蚀、经济效益高的优势,在基础建设施设中表现出巨大潜力,但在复杂环境下长期服役后,FRP复合材料的力学性能下降超过50%,限制了其在工程中的应用。基于此,针对FRP复合材料各组分优化设计... 详细信息

纤维增强聚合物(FRP)复合材料具有轻质高强、耐腐蚀、经济效益高的优势,在基础建设施设中表现出巨大潜力,但在复杂环境下长期服役后,FRP复合材料的力学性能下降超过50%,限制了其在工程中的应用。基于此,针对FRP复合材料各组分优化设计方法进行了总结,并分析了热氧、紫外线、腐蚀介质环境中FRP复合材料的长期性能演化规律;根据化学结构及微观形貌分析,阐述了FRP复合材料在复杂环境中的劣化机制,进一步归纳了其在复杂环境下的长期性能预测模型,可为保证FRP复合材料在复杂环境中的长期使用性能提供理论依据,促进其在实际工程中的应用。

关键词： FRP复合材料材料组分优化劣化机制长期性能预测模型

喷涂聚脲及其纤维复合材料的抗侵彻性及防护机理研究新进展

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材料导报 2024年第19期38卷 288-293页

作者：闫帅吕平黄微波张锐王旭王文斌鞠家辉青岛理工大学土木工程学院山东青岛266400 青岛沙木新材料有限公司山东青岛266109

在侵彻体高速冲切行为下,头盔和防弹衣等防护装备产生变形甚至穿透现象,且过往防护装备以金属、陶瓷为主,虽防护效果表现良好,但对人员敏捷性影响较大,因此轻量化成为设计防护装备的重要指标。喷涂聚脲和高性能纤维所具有的轻质高强等特... 详细信息

在侵彻体高速冲切行为下,头盔和防弹衣等防护装备产生变形甚至穿透现象,且过往防护装备以金属、陶瓷为主,虽防护效果表现良好,但对人员敏捷性影响较大,因此轻量化成为设计防护装备的重要指标。喷涂聚脲和高性能纤维所具有的轻质高强等特性,足以满足防护基材的要求,因此将喷涂聚脲及纤维作为基材制作防护装备潜力巨大。本文首先从喷涂聚脲微相分离的结构特点入手,讲述分子链上软硬段以及氢键化的存在对材料性能的影响,介绍了喷涂聚脲的动态响应情况,分析认为在宽应变率范围下喷涂聚脲仍能保持性能稳定性。通过弹道实验发现喷涂聚脲受到侵彻体的高速冲切时会从橡胶态转变为玻璃态,对弹道极限具有提升作用;纤维的加入可以优化防护装备的结构整体性,复合材料损伤面积的扩大证明能量耗散水平的提高。最后从软硬段重排结晶、氢键作用等方面归纳分析喷涂聚脲的抗侵彻机理,并指出喷涂聚脲与纤维形成复合材料的重难点和亟待解决的问题。

关键词：喷涂聚脲纤维复合材料抗侵彻防护装备

考虑氯离子侵蚀的高桩码头时变地震易损性分析

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振动工程学报 2024年第7期37卷 1259-1268页

作者：苏雷王龙龙王建峰凌贤长青岛理工大学土木工程学院山东青岛266520 哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150001

地震易损性分析是评估高桩码头结构抗震性能最有效的工具之一,它能够量化给定地震动参数下结构发生破坏的概率。本文针对典型高桩码头结构,探究了氯离子侵蚀导致钢筋及混凝土材料性能退化的规律,基于开源数值计算平台OpenSees,对浪溅区... 详细信息

地震易损性分析是评估高桩码头结构抗震性能最有效的工具之一,它能够量化给定地震动参数下结构发生破坏的概率。本文针对典型高桩码头结构,探究了氯离子侵蚀导致钢筋及混凝土材料性能退化的规律,基于开源数值计算平台OpenSees,对浪溅区桩基区域的截面特性考虑腐蚀效应,建立了高桩码头二维有限元模型,探讨了氯离子侵蚀对高桩码头结构时变地震易损性的影响。采用Pushover分析方法确定了高桩码头各损伤状态的地震需求界限值。通过对不同腐蚀年限下的码头模型输入80条地震动,对构件能力需求比进行对数回归分析,形成高桩码头时变地震易损性曲线。研究结果表明:氯离子侵蚀会导致面板位移及桩顶弯矩减小,桩顶曲率略有增加;在高桩码头的使用寿命中,结构在不同损伤状态下的地震易损性均随服役时间的延长而增大。

关键词：地震易损性曲线高桩码头氯离子侵蚀 Pushover分析

多循环荷载下BFRP抗浮锚杆锚固性能现场试验

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岩石力学与工程学报 2024年第9期43卷 2314-2328页

作者：吴泽坤白晓宇孙淦王凤姣闫楠董旭光青岛理工大学土木工程学院山东青岛266520 宁夏大学土木与水利工程学院宁夏银川750021

玄武岩纤维增强聚合物(basalt fiber reinforced polymer,BFRP)锚杆凭借抗拉强度高、耐腐蚀性好等优点,可代替传统钢筋锚杆解决抗浮锚杆在腐蚀性环境中的耐久性问题,本次试验采用循环加载方式,对不同锚固长度、不同直径的全螺纹BFRP锚... 详细信息

玄武岩纤维增强聚合物(basalt fiber reinforced polymer,BFRP)锚杆凭借抗拉强度高、耐腐蚀性好等优点,可代替传统钢筋锚杆解决抗浮锚杆在腐蚀性环境中的耐久性问题,本次试验采用循环加载方式,对不同锚固长度、不同直径的全螺纹BFRP锚杆承载性能开展研究。结果表明:循环荷载作用下锚杆杆体及锚固体荷载-位移曲线呈现滞回状,卸载时锚杆位移回弹率较高,BFRP抗浮锚杆弹性工作性状明显。锚杆杆体受循环荷载作用出现损伤,相同锚固深度锚杆杆体应变随循环次数的增加而增大;不同锚固深度的锚杆,随循环荷载次数增加,锚杆杆体应变增幅及每级荷载卸荷后产生的塑性变形逐渐增大,且锚杆杆体应变向深部传递。BFRP抗浮锚杆杆体轴力从孔口处自上而下衰减,杆体轴力作用范围在距孔口向下2.5 m范围内,循环荷载次数增加导致锚杆轴力增大,传递深度更深,但自孔口向下0.5~1.0 m范围锚杆杆体轴力衰减值随循环次数增加逐渐减小。锚杆杆体轴应力变化量受循环荷载影响较大,不同循环荷载作用下锚杆杆体轴应力变化量存在峰值。BFRP抗浮锚杆剪应力随锚固深度增加迅速增大,在孔口以下深度0.75 m处达到峰值后逐渐减小,剪应力峰值随循环次数增加出现衰减趋势。

关键词：桩基工程 BFRP抗浮锚杆循环加载试验荷载传递损伤轴力剪应力

面向海工结构阴极防护用纳米水泥基热电复合材料制备及其温差自供能性

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复合材料学报 2024年第5期41卷 2662-2673页

作者：袁士柯罗健林高乙博滕飞张纪刚刘昂张立卿青岛理工大学土木工程学院青岛266520 海洋混凝土教育部工程研究中心青岛266520 华东交通大学土木工程学院南昌330013

经略海洋及双碳背景下,用阴极防护(CP)技术提升海工结构服役寿命具有重要意义,然而需外加电源额外驱动。为此本文先用水热法合成纳米二氧化锰(nMnO_(2)),然后与碳纳米管(CNTs)复掺水泥砂浆体系中,制备纳米水泥基热电复合材料(NTEC);最后... 详细信息

经略海洋及双碳背景下,用阴极防护(CP)技术提升海工结构服役寿命具有重要意义,然而需外加电源额外驱动。为此本文先用水热法合成纳米二氧化锰(nMnO_(2)),然后与碳纳米管(CNTs)复掺水泥砂浆体系中,制备纳米水泥基热电复合材料(NTEC);最后将20个NTEC串联成1套热电发电模块,并结合电化学方法综合评价基于温差发电的NTEC热电模块直接用作海工结构钢筋CP系统电流供给源的可行性。结果表明:复掺有0.2wt%CNTs与5.0wt%nMnO_(2)的NTEC试件的热电系数、热电功率因数可分别达3612μV/℃和301.4μW·m^(-1)·℃^(-2),本征力学强度与耐久抗渗性得到保障;施加基于NTEC温差发电的CP,钢筋的腐蚀电位正移,腐蚀概率显著降低;施加基于NTEC热电模块的CP后能使钢筋腐蚀电流密度降低3个数量级,腐蚀电荷转移得到了抑制,腐蚀速率大为降低,实现海工结构钢筋CP的自供能,同时保障了其用作保护层的强度与耐久性。

关键词：海工结构阴极防护自供能纳米水泥基热电复合材料温差发电性能电化学性能