基于光滑有限元的隧道掌子面稳定性分析 被引量：3

1

作者 王炜 刘锋涛 +2 位作者 周锡文 杨四海 汤连生 《地下空间与工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期606-614,共9页

隧道掌子面稳定是影响地下工程施工安全的重要问题之一。基于塑性上限和下限定理的极限分析方法是分析掌子面稳定性常用方法之一。其中,自适应混合常应力-光滑应变极限分析(MCSE-LA)方法在计算精度、效率以及收敛性方法已被证明比传统... 隧道掌子面稳定是影响地下工程施工安全的重要问题之一。基于塑性上限和下限定理的极限分析方法是分析掌子面稳定性常用方法之一。其中,自适应混合常应力-光滑应变极限分析(MCSE-LA)方法在计算精度、效率以及收敛性方法已被证明比传统有限元极限分析方法具有一定的优势。基于此,首先验证自适应MCSE-LA在隧道掌子面稳定分析中的可行性,发现该方法求出的隧道掌子面稳定指标(稳定数)与传统有限元上限和下限法相同,同时,还可以通过基于最大剪应变率自适应网格加密技术获得掌子面失稳模式。另外,还将该方法用于分析隧道开挖未支护段长度对掌子面稳定性的影响,通过分析总结了稳定数随未支护长度的变化规律,对指导地下工程施工具有一定的意义。 展开更多

关键词 隧道掌子面 稳定性 极限分析 光滑有限元

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酒精湿化法调配压实膨润土缓冲回填材料含水率研究

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作者 彭宇 张虎元 +1 位作者 周光平 谭煜 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期235-244,共10页

压实膨润土砌块在我国高放射性废物处置中发挥着缓冲回填工程屏障的作用。然而,膨润土材料塑性极强,水分极易拌和不均,易导致压实砌块干缩开裂,显著降低了砌块质量。提出一种采用酒精代替纯水来湿化膨润土的新方法,以提高压实膨润土质... 压实膨润土砌块在我国高放射性废物处置中发挥着缓冲回填工程屏障的作用。然而,膨润土材料塑性极强,水分极易拌和不均,易导致压实砌块干缩开裂,显著降低了砌块质量。提出一种采用酒精代替纯水来湿化膨润土的新方法,以提高压实膨润土质量。对比喷水法,酒精湿化法中酒精浓度设计在5%~35%间。通过分析膨润土与酒精混合物的混合效率、黏附质量损失率、混合物中团聚体的含量、压实样干缩前后强度、干缩裂纹规律、干燥效率、膨胀性等指标综合评价酒精湿化压实膨润土样的适用性。试验结果表明:在相同含液率情况下,随酒精浓度增大,所得膨润土样的混合效率明显提高,黏附质量损失率及团聚体含量明显降低;压实样内团聚体与干缩裂纹及试样质量间具有较好对应关系。此外,酒精湿化法所得压实样在压实方向密度分布更均匀,干缩裂纹数量及宽度明显变小,风干试样剪切强度及膨胀性均与加纯水试样较为接近,压实样均匀性与完整性明显提高。新方法及相关成果可供我国高放废物缓冲回填砌块制备参考。 展开更多

关键词 压实膨润土 缓冲回填材料 酒精湿化法 含水率 团聚体

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基于响应面法的碱激发矿渣-粉煤灰砂浆配比优化

3

作者 田颖 吴世超 +1 位作者 李京军 孙科科 《硅酸盐通报》 CAS 北大核心 2024年第11期4177-4184,共8页

基于响应面法以水胶比、水玻璃模数、碱当量(Na 2O含量)为自变量,以28 d抗压强度、28 d抗折强度、凝结时间和流动度为响应目标值,建立二次回归模型,对模型进行方差和显著性分析,并确定了最优配比。结果表明,水胶比对抗压强度、抗折强度... 基于响应面法以水胶比、水玻璃模数、碱当量(Na 2O含量)为自变量,以28 d抗压强度、28 d抗折强度、凝结时间和流动度为响应目标值,建立二次回归模型,对模型进行方差和显著性分析,并确定了最优配比。结果表明,水胶比对抗压强度、抗折强度、凝结时间和流动度的影响最显著,水玻璃模数和碱当量的影响次之,各因素之间存在较为显著的交互影响,其中水胶比和水玻璃模数之间的交互影响最显著。最优配比为水胶比0.39、水玻璃模数1.38、碱当量4.7%(质量分数),模型预测值与试验结果值的误差小于10%,回归拟合模型精确度较高,证实了响应面法在确定碱激发材料最佳配比方面的有效性。 展开更多

关键词 碱激发材料 响应面法 抗压强度 抗折强度 凝结时间 流动度

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建筑结构BIM正向设计的发展困境、关键技术与应用实践

4

作者 吴梓楠 韩小雷 +2 位作者 李建乐 黄世怡 董优 《建筑结构》 北大核心 2024年第24期136-144,135,共10页

建筑信息模型(BIM)正向设计是推动建筑业数字化转型的核心技术,是智能建造和智能运维的起点,但应用和推广仍面临阻力。总结了建筑结构BIM正向设计发展困境,指出走出困境的关键技术:面向大体量复杂建筑的高效BIM底座、面向有限元计算的... 建筑信息模型(BIM)正向设计是推动建筑业数字化转型的核心技术,是智能建造和智能运维的起点,但应用和推广仍面临阻力。总结了建筑结构BIM正向设计发展困境,指出走出困境的关键技术:面向大体量复杂建筑的高效BIM底座、面向有限元计算的拓扑关系实时维护系统、基于BIM的智能设计平台。结果表明:自研BIM底座突破了主流BIM平台性能瓶颈;拓扑关系实时维护系统实现了BIM模型和有限元模型的“双模一体”;智能设计平台建立了梁、板、柱、墙的智能配筋设计解决方案,设计了维护和管理人为干预配筋意图的机制,确保数据的一致性和可追溯性,在高效应对项目频繁修改与变更的同时,实现“图模一致”。最终,集成各项技术开发了建筑结构BIM正向设计平台,并在多个项目中应用,为智能建造、智能运维提供了完备、可靠的数字化模型。 展开更多

关键词 BIM 正向设计 智能配筋设计 结构设计 数字化

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基于长期检测的桥梁全寿命智能维养系统 被引量：1

5

作者 叶智威 张佳鑫 +4 位作者 谭海山 樊蕾 贺文 董优 吴旺林 《中外公路》 2024年第2期274-281,共8页

中国针对桥梁维修养护系统,主要以桥梁检测的数据为支撑进行状态排序,将有限的预算进行分配。该策略专注于维修低性能桥梁,集中在修复性养护而未过多关注预防性养护。从全寿命周期总成本考虑,以修复为主的决策方法虽初期投入少,但中后... 中国针对桥梁维修养护系统,主要以桥梁检测的数据为支撑进行状态排序,将有限的预算进行分配。该策略专注于维修低性能桥梁,集中在修复性养护而未过多关注预防性养护。从全寿命周期总成本考虑,以修复为主的决策方法虽初期投入少,但中后期资源消耗大。该文在现有公路桥梁养护的基础上,发展出基于中国规范和检测数据,修复和预防相结合的智能化维养系统。系统模型主要包括两大模块,桥梁性能退化模型和智能维养决策模型。首先基于长期检测数据结合数理统计的动态马尔可夫(Markov)和威布尔(Weibull)模型对桥梁长期性能预测,在此基础上结合预防性养护理念建立数学模型,并采用群体智能算法进行优化求解。最终,以深圳坂银通道上某预应力混凝土箱梁桥为研究对象,采用实际桥梁检测数据对系统模型进行测试。结果表明:与传统维养方法相比,智能维养系统能节约10%的维养费用。 展开更多

关键词 桥梁维养系统 智能维养 结构退化 马尔可夫模型 Weibull模型 群体智能算法

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砂土中吸力筒基础抗拔数值模拟研究:系泊深度效应

6

作者 季慧 彭宇 +1 位作者 吴则祥 涂冬媚 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2187-2194,共8页

针对锚线斜拉作用下吸力筒与砂土相互作用的微观特征仍不清楚这一问题,采用离散元(discrete element method,简称DEM)-有限元(finite element method,简称FEM)耦合数值方法,从宏观到微观角度分析系泊点深度对吸力筒基础抗拔性能的影响... 针对锚线斜拉作用下吸力筒与砂土相互作用的微观特征仍不清楚这一问题,采用离散元(discrete element method,简称DEM)-有限元(finite element method,简称FEM)耦合数值方法,从宏观到微观角度分析系泊点深度对吸力筒基础抗拔性能的影响。在建模中,采用FEM中有限元网格来模拟吸力筒,采用DEM中颗粒来模拟吸力筒周围砂土,并通过控制滚轴运动来模拟锚线的拉作用。结果表明:吸力筒的拉力-位移曲线存在峰值拉力,且与不同系泊点深度下吸力筒运动模式有密切关系;吸力筒旋转方向、拔出位移的反转临界系泊深度点位于吸力筒从顶部往下h=66.7%深度附近(即吸力筒深度的2/3处,h为系泊深度)。此外,从颗粒尺度分析了土体变形及破坏行为,最终确定了吸力筒-颗粒土相互作用的破坏模式。研究结果表明,忽略锚线的系泊点深度将会导致误判吸力筒的承载能力及与土体的破坏模式。 展开更多

关键词 吸力筒 抗拔 DEM-FEM耦合 深度效应 土体变形

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裂隙岩体三维随机裂隙建模与渗流数值仿真研究

7

作者 季慧 王鲁瑀 +1 位作者 吴则祥 涂冬媚 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期718-725,共8页

裂隙岩体数值仿真是研究工程岩体稳定性的重要方法之一,本文围绕三维裂隙岩体随机裂隙建模和渗流仿真展开研究.针对三维裂隙空间定量表征问题,基于空间解析几何方法导出三维裂隙产状控制方程,在此基础上发展了随机裂隙生成算法和网格剖... 裂隙岩体数值仿真是研究工程岩体稳定性的重要方法之一,本文围绕三维裂隙岩体随机裂隙建模和渗流仿真展开研究.针对三维裂隙空间定量表征问题,基于空间解析几何方法导出三维裂隙产状控制方程,在此基础上发展了随机裂隙生成算法和网格剖分方案,为裂隙可视化和生成裂隙单元提供基础;讨论了一种处理三维交叉裂隙的方法,从而降低网格单元扭曲度.进一步,采用裂隙孔隙双重介质渗流模型,对三维裂隙岩体进行渗流仿真,通过算例展示了几种不同的裂隙分布形式及其网格剖分结果,分析了三维交叉裂隙模型和随机裂隙模型的渗流特性. 展开更多

关键词 裂隙岩体 渗流 数值方法 三维建模

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钢筋搭接界面应力分析及强度预测方法

8

作者 刘运林 汪谱庆 +2 位作者 刘畅 陶俊伟 郭栋 《安庆师范大学学报(自然科学版)》 2024年第4期48-55,共8页

钢筋搭接连接的可靠性是保证装配式建筑结构整体性的关键。钢筋搭接界面应力根据作用效果可分为劈裂应力与黏结应力,这两种应力达到材料强度的先后决定了试件的破坏模式和极限承载力。钢筋搭接界面极限应力受到混凝土强度、混凝土保护... 钢筋搭接连接的可靠性是保证装配式建筑结构整体性的关键。钢筋搭接界面应力根据作用效果可分为劈裂应力与黏结应力,这两种应力达到材料强度的先后决定了试件的破坏模式和极限承载力。钢筋搭接界面极限应力受到混凝土强度、混凝土保护层厚度、钢筋直径、钢筋搭接长度、钢筋搭接间距等因素影响,其中搭接间距这一影响因素并未完全探明。因此,有必要确定合适的强度预测方法,如理论分析模型或拟合回归方程,对钢筋搭接黏结强度进行合理预测。 展开更多

关键词 钢筋搭接连接 极限承载力 装配式建筑 破坏模式

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三维表面裂纹扩展试验及理论分析 被引量：8

9

作者 黎立云 黄凯珠 +2 位作者 韩智超 李海云 刘一 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期311-318,共8页

通过双轴压力作用下岩石三维表面裂纹断裂试验,利用数字散斑技术,观察裂纹的翼形扩展、反向扩展,得出对应的时间和荷载。试验发现,三维表面裂纹的翼形扩展一般都先于反向裂纹,反向裂纹最先在远离裂纹尖端区域出现,而后快速与原裂纹尖端... 通过双轴压力作用下岩石三维表面裂纹断裂试验,利用数字散斑技术,观察裂纹的翼形扩展、反向扩展,得出对应的时间和荷载。试验发现,三维表面裂纹的翼形扩展一般都先于反向裂纹,反向裂纹最先在远离裂纹尖端区域出现,而后快速与原裂纹尖端汇合。通过有限元计算得到三维裂纹试件整体应力场和裂纹前缘各点应力强度因子。通过复合型断裂判据,对裂纹翼形扩展的三维形态进行分析,试验结果与最大周向拉应力σmax及最大周向拉应变εmax判据的理论预示结果吻合较好。对反向裂纹萌生区域进行强度破坏分析,反向裂纹的萌生与莫尔–库仑强度理论的预示结果基本相符。从试验及理论2个方面分析三维表面裂纹扩展直至破坏的全过程。 展开更多

关键词 岩石力学 三维表面裂纹 翼形扩展 反向扩展 数值分析 断裂判据 莫尔–库仑强度理论

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基于应变传递理论的光纤传感器优化设计 被引量：24

10

作者 王花平 向平 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期1233-1241,共9页

联系传感器应用的作用机理,根据变形传递方式的不同,对工程中常用的光纤传感器进行了系统的归类分析。基于应变传递理论建立了应变传递系数与测量允许误差的关系,并以此为优化控制方程得到了满足工程测试精度要求的传感器最佳取值,给出... 联系传感器应用的作用机理,根据变形传递方式的不同,对工程中常用的光纤传感器进行了系统的归类分析。基于应变传递理论建立了应变传递系数与测量允许误差的关系,并以此为优化控制方程得到了满足工程测试精度要求的传感器最佳取值,给出了各类传感器具体的优化设计方法及优先设计指标。研究结果表明:基于应变传递理论的优化设计方法较适用于依靠界面剪应力传递变形的光纤传感器,其优先设计指标依次为粘贴(感知)长度、层间粘结强度、保护层弹性模量和半径、粘贴层厚度;端部扩径型传感器的优化设计则因其应变传递系数能较准确和便利地通过标定试验获取而不依赖应变传递理论,且无明显的优先设计指标。本文充分考虑了传感器工程应用的实际状态,以测试准确性为核心,从力学作用机理角度对传感器进行了较全面和系统的分析,其研究结果可以用于指导工程化光纤传感器的应用设计和标定测试。 展开更多

关键词 光纤传感器 应变传递理论 优化设计 优先设计指标

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基于SEM图像处理的天然硅藻土分形特征分析 被引量：5

11

作者 王月香 石修松 +2 位作者 吉锋 顾欢达 丁建文 《水利水运工程学报》 CSCD 北大核心 2017年第5期96-102,共7页

为探讨天然沉积硅藻土的微观结构及变形机制,对硅藻土样进行了SEM电镜扫描、压汞试验和高压三轴试验。采用图像分割原理及最佳阈值法分析了天然沉积硅藻土在不同固结压力下的分形特征和孔隙结构特征参数,探讨了硅藻土分形维数和各向等... 为探讨天然沉积硅藻土的微观结构及变形机制,对硅藻土样进行了SEM电镜扫描、压汞试验和高压三轴试验。采用图像分割原理及最佳阈值法分析了天然沉积硅藻土在不同固结压力下的分形特征和孔隙结构特征参数,探讨了硅藻土分形维数和各向等压固结压力之间的关系。结果表明,硅藻土体多孔隙,具有很强的结构性。土中孔隙孔径大多在0.1~1.0μm之间。在固结压力达到屈服压力后,孔径大于1μm的较大孔隙随固结压力的增加而减少,硅藻颗粒破坏,孔隙结构坍塌。获取了灰度阈值及二值化后的SEM图像。得到天然沉积硅藻土在不同固结压力下的分形盒子数和盒维数。结果还表明分形盒维数随固结压力增加而增加,天然沉积硅藻土在固结压力下的微观结构性及孔隙分布可通过分形盒维数来反映。 展开更多

关键词 SEM图像 二值化 硅藻土 固结压力 分形特征

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废弃混凝土再生微粉的基本问题及应用 被引量：13

12

作者 肖建庄 叶涛华 +1 位作者 隋同波 潘智生 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期1-10,共10页

废弃混凝土的资源化及再生骨料的研究与应用已取得显著突破。然而,废弃混凝土再生微粉的相关研究仍十分有限。本文重点讨论了再生微粉的加工制备、组分表征与改性处理,厘清了再生微粉的高组分离散性与低活性指数等问题的根本原因,并构... 废弃混凝土的资源化及再生骨料的研究与应用已取得显著突破。然而,废弃混凝土再生微粉的相关研究仍十分有限。本文重点讨论了再生微粉的加工制备、组分表征与改性处理,厘清了再生微粉的高组分离散性与低活性指数等问题的根本原因,并构思了一种新型制备路径,即在再生微粉的传统制备工艺中引入颗粒整形与强力磁选技术,再进行碳化改性。通过以超高浆体含量的碳化再生微粉作为输出,有望解决再生微粉的上述共性难题。此外,本文还讨论了再生微粉的低碳应用场景,如再生微粉硅酸盐水泥、3D打印再生砂浆以及全再生混凝土。再生微粉的深入研究与高品质应用对提高废弃混凝土的资源化率以及促进建筑业的绿色低碳发展具有重要意义。 展开更多

关键词 废弃混凝土 再生微粉 组分表征 改性 低碳应用

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四肢桁式钢管混凝土拱出平面徐变稳定性能 被引量：2

13

作者 耿悦 丁尧 +1 位作者 王玉银 阳环宇 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期87-91,共5页

为研究拱肋核心混凝土时效与施工过程共同作用所引起的屈曲前变形对钢管混凝土桁式拱肋稳定承载力的影响,建立四肢桁式钢管混凝土拱桥单拱肋的有限元模型,同时考虑时效作用与施工过程,对其出平面稳定承载力进行分析.采用UMAT对ABAQUS进... 为研究拱肋核心混凝土时效与施工过程共同作用所引起的屈曲前变形对钢管混凝土桁式拱肋稳定承载力的影响,建立四肢桁式钢管混凝土拱桥单拱肋的有限元模型,同时考虑时效作用与施工过程,对其出平面稳定承载力进行分析.采用UMAT对ABAQUS进行二次开发,以考虑时效作用影响及施工过程中加载龄期的变化.在此基础上,考虑长细比、含钢率等参数的影响,对四肢桁式钢管混凝土拱的出平面徐变稳定承载力进行参数分析.分析表明,兼顾施工过程影响后,在本文分析参数范围内,时效作用可使四肢桁式钢管混凝土拱的出平面稳定承载力最多降低22.5%,该影响随着长细比的增大、含钢率的降低及持荷等级的提高而增大,在设计中应予以考虑. 展开更多

关键词 钢管混凝土 拱 桁式 徐变 稳定

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蠕变黏性土固结沉降计算的新简化方法及验证 被引量：1

14

作者 殷建华 冯伟强 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A02期5-8,共4页

针对黏性土的固结与蠕变之间的关系,目前存在两个观点:假设A认为固结期间黏性土不会发生蠕变变形,蠕变变形发生在固结变形之后;假设B则认为黏性土的蠕变是土骨架的固有属性之一,它与固结变形同时发生。室内单元体试验结果和现场监测数... 针对黏性土的固结与蠕变之间的关系,目前存在两个观点:假设A认为固结期间黏性土不会发生蠕变变形,蠕变变形发生在固结变形之后;假设B则认为黏性土的蠕变是土骨架的固有属性之一,它与固结变形同时发生。室内单元体试验结果和现场监测数据表明假设A常常低估了黏性土的总变形。然而,基于假设B的精确解常需要将土体弹黏塑性本构模型导入有限元软件才能进行固结沉降的分析,因而限制了该观点的应用。提出了一个考虑多级变荷载作用下蠕变与固结近似耦合分析的新简化方法。该简化方法具有形式简洁,参数明确的优点,可适用于黏性土的各种应力–应变状态和加载—卸载—再加载的复杂受力情况。选取瑞典的典型填筑工程,将新简化方法计算的沉降变形与有限元模拟结果、46 a的现场监测数据进行了对比分析,验证了新简化方法的正确性、精确性和广泛的应用范围。 展开更多

关键词 新简化方法 沉降 有限元法 黏性土 黏弹塑性

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碳纤维拉索抗冲击防护材料动态拉伸性能的试验研究

15

作者 方志 唐思敏 +1 位作者 方亚威 刘朋杰 《中国塑料》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期74-82,共9页

为明确高密度聚乙烯(PE-HD)、聚氨酯(PU)和三元乙丙橡胶(EPDM)这3种材料在不同应变速率下的拉伸性能,对其轴向拉伸性能进行了试验研究,得到了不同应变速率下各材料的应力-应变曲线。结果表明,PE-HD具有较好的延性,拉伸过程中产生了较大... 为明确高密度聚乙烯(PE-HD)、聚氨酯(PU)和三元乙丙橡胶(EPDM)这3种材料在不同应变速率下的拉伸性能,对其轴向拉伸性能进行了试验研究,得到了不同应变速率下各材料的应力-应变曲线。结果表明,PE-HD具有较好的延性,拉伸过程中产生了较大塑性变形,而PU属于弹性材料,相较之下,EPDM在拉伸过程中产生的可恢复变形具有明显时间相关性,属于黏弹性材料;随着应变速率的增大,PE-HD的屈服强度与拉伸模量显著提高,但屈服强度对应的应变却降低,当应变速率从0.01 s^(-1)提高至1.0 s^(-1)时,其屈服强度与拉伸模量分别提高23.4%和40.4%;应变速率对PU的拉伸模量和断裂伸长率影响较大,但应变速率对其拉伸强度的影响较小,与应变速率为0.01 s^(-1)时的拉伸模量与断裂伸长率相比,应变速率为1.0 s^(-1)时的拉伸模量增加了39.1%,但断裂伸长率降低了55.2%;随着应变速率的增大,EPDM的拉伸强度与拉伸模量提高,而其断裂伸长率却随之减小,当应变速率由0.01 s^(-1)提高至1.0 s^(-1)时,其拉伸强度与拉伸模量增幅分别为19.9%和16.5%。 展开更多

关键词 碳纤维增强复合材料 拉索 抗冲击防护材料 应变速率效应 轴向拉伸性能 本构模型

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武汉市大气VOCs污染特征及其对臭氧生成的影响 被引量：34

16

作者 曾沛 郭海 +6 位作者 梁胜文 胡柯 黄振 胡艳琦 王祖武 成海容 吕效谱 《环境科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第7期117-124,共8页

于2014年1-12月在武汉市城区对大气中105种挥发性有机化合物(VOCs)进行在线监测,以便研究武汉市区VOCs的组成特征及变化规律。同时评估大气VOCs对武汉市臭氧(O_3)生成的影响,并探讨关键VOCs活性物种及来源。结果表明,武汉市2014年大气... 于2014年1-12月在武汉市城区对大气中105种挥发性有机化合物(VOCs)进行在线监测,以便研究武汉市区VOCs的组成特征及变化规律。同时评估大气VOCs对武汉市臭氧(O_3)生成的影响,并探讨关键VOCs活性物种及来源。结果表明,武汉市2014年大气总挥发性有机化合物(TVOCs)年平均浓度为(92.88±1.06)μg/cm^3,乙烷、丙烷、乙烯、正丁烷、甲苯是浓度最大的5个物种。大气TVOCs的浓度在冬季最高夏季最低,昼夜变化表现为明显的早晚双高峰特征。在非甲烷碳氢化合物(NMHCs)中,烯炔烃的臭氧生成潜势最大,其次为芳香烃和烷烃。武汉市臭氧生成潜势最大的5个物种分别为乙烯、间/对-二甲苯、丙烯、甲苯和异丁烯。机动车排放是武汉市大气VOCs的重要来源,控制机动车VOCs排放有助于削减大气VOCs活性较大的组分,从而减少臭氧的生成。 展开更多

关键词 挥发性有机化合物 臭氧 机动车尾气 最大增量反应性

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不同焊接热输入的Q690-QT高强钢焊接接头抗拉性能 被引量：1

17

作者 李彬 刘校 钟国辉 《钢结构（中英文）》 2024年第5期34-40,共7页

Q690-QT高强钢具有轻质高强等优点,应用于钢结构建筑中,可显著减轻结构自重、降低成本。过去20年里,大量Q690-QT高强钢焊接材料及构件的力学性能试验结果表明,如果焊接控制不当,会导致高强钢微观结构出现变化,出现焊接截面的屈服强度、... Q690-QT高强钢具有轻质高强等优点,应用于钢结构建筑中,可显著减轻结构自重、降低成本。过去20年里,大量Q690-QT高强钢焊接材料及构件的力学性能试验结果表明,如果焊接控制不当,会导致高强钢微观结构出现变化,出现焊接截面的屈服强度、抗拉强度和延性显著下降的现象。上述试验更多地是进行焊接后接头表现的性能特点描述,未能系统采用试验或理论分析不同焊接工艺的参数对高强钢焊接接头力学性能的影响,也未能形成可避免高强钢焊接强度折减的焊接工艺参数,难以为高强钢材料在建筑和桥梁等工程的实际应用提供技术支撑。在此背景下,以焊接热输入为控制变量,利用惰性气体保护焊(GMAW)和埋弧自动焊(SAW)的机器人自动焊接系统,设计并制作了12个不同热输入(1.0、1.5、2.0、5.0 kJ/mm)Q690-QT高强钢焊接接头试件、3个Q690-QT高强钢金属母材试件及3个焊接材料试件进行标准拉伸试验。通过分析引伸计和高精度连续摄像方式采集的试件过程应力、应变数据,探究不同焊接参数对高强钢焊接接头强度折减的影响,为实际工程Q690-QT高强钢材料焊接强度控制提出相应的工程建议。结果表明:不同焊接热输入的Q690-QT高强钢焊接接头试件,在竖向拉力的作用下,其断裂位置均位于热影响区(HAZ)内,未受焊接冷热循环影响的金属母材部分和焊接材料部分均未出现明显损伤现象。分析应变引伸计和高速摄像机采集的应力、应变数据可知,相较于Q690-QT高强钢母材试件,当焊接热输入由1.0、1.5、2.0 kJ/mm至5.0 kJ/mm变化,不同Q690-QT焊接接头试件的屈服强度和抗拉强度由基本不变变化为10%折减,最后出现30%左右屈服强度折减现象。母材与焊接接头试件的伸长率测试数据对比结果表明,随着焊接热输入升高,钢材焊接延性折减程度增高。通过对实际工程中焊接热输入进行监测,可较为准确地预测不同Q690-QT高强钢焊接接头强度,将焊接热输入控制为1.0 kJ/mm和1.5 kJ/mm,可实现高强钢焊接接头的等强连接。 展开更多

关键词 高强钢 焊接接头 热输入 强度折减 延性折减

原文传递

圆形Q690高强钢管混凝土轴压短柱试验研究

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作者 门朋飞 何浩祥 钟国辉 《钢结构（中英文）》 2024年第5期41-48,共8页

圆形钢管混凝土可以充分发挥钢管和混凝土的组合作用,使得钢管混凝土承载力和延性得到明显提升,因而广泛应用于工程结构中。将高强钢应用于钢管混凝土柱,可以减小构件尺寸和自重,使结构在节省材料用量的同时获得更大的可用空间,更加经... 圆形钢管混凝土可以充分发挥钢管和混凝土的组合作用,使得钢管混凝土承载力和延性得到明显提升,因而广泛应用于工程结构中。将高强钢应用于钢管混凝土柱,可以减小构件尺寸和自重,使结构在节省材料用量的同时获得更大的可用空间,更加经济环保。然而,现行钢管混凝土设计规范主要是依据普通钢材强度等级的研究成果制定的,对采用高强钢的钢管混凝土的适用性尚未可知。此外,针对高强钢管混凝土短柱轴压性能,现有研究主要关注其在承载时的结构性能,而很少关注钢管和内填混凝土在不同变形阶段分别承担轴力的贡献。因此,基于试验对高强钢管混凝土短柱的轴压性能展开了研究。首先,对6个短柱进行了轴压试验,包括3个钢管混凝土试件和3个纯钢管试件。主要的试验参数为钢材强度等级,包括Q355,Q460和Q690。之后,基于试验结果,分析了试件的破坏形态、荷载-位移曲线、承载力以及钢管和内填混凝土的轴力贡献。最后,探讨了现行设计规范对圆形钢管混凝土轴压短柱承载力的适用性。试验结果表明:所有纯钢管和钢管混凝土试件均表现出了良好的延性;由于混凝土的存在,钢管混凝土的承载力比纯钢管的承载力提高了30%以上。基于纯钢管和钢管混凝土的应变分析结果,分离了钢管混凝土钢管和内填混凝土的轴力贡献。结果表明:钢管提供的约束作用使得混凝土所承担的轴力明显增加,且钢材强度等级越高,混凝土轴力提高效果越明显;尽管钢管提供了横向约束作用,但其轴力贡献与其屈服承载力相比未明显折减。试验结果和规范预测结果的对比分析表明:现行中国规范GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》可以有效预测采用普通强度钢材的钢管混凝土试件的承载力,但当钢管采用高强度钢材时,规范将给出过于保守或偏于危险的预测结果;现行欧洲规范(EN 1994-1-1)中的截面承载力计算方法对采用普通钢和高强钢的钢管混凝土试件均给出了合理且偏于安全的承载力预测值,仍可以适用于Q690高强钢管混凝土,但该规范低估了钢管的轴力贡献,高估了内填混凝土的轴力贡献。 展开更多

关键词 钢管混凝土短柱 圆形截面 Q690高强钢 轴压承载力 轴力贡献 试验研究

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高强度钢材Q690和Q960的焊接拼接短柱轴压试验研究

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作者 朱梦飞 何浩祥 +1 位作者 金皓 钟国辉 《钢结构（中英文）》 2024年第5期49-56,共8页

近年来,随着冶金技术的发展,屈服强度在460 MPa及以上的高强度钢材和超高强度钢材已在我国实现了工业化生产。这类钢材采用热处理工序获得特定的微观结构,优化其材料属性和机械特性,在建筑结构的受力性能、经济效益和节能减排等方面都... 近年来,随着冶金技术的发展,屈服强度在460 MPa及以上的高强度钢材和超高强度钢材已在我国实现了工业化生产。这类钢材采用热处理工序获得特定的微观结构,优化其材料属性和机械特性,在建筑结构的受力性能、经济效益和节能减排等方面都具有突出的优点。然而,一些研究人员指出,由于冶炼过程中必须的热处理工序,这些高强钢的微观结构在焊接过程中很容易受到影响,发生金属相变,导致焊接热影响区的各种机械性能降低。因此,有必要对建筑工业实用尺寸(如10~30 mm厚)的高强钢Q690和Q960板焊接后结构表现进行深入的研究和量化评估。针对这一问题,首先对Q690和Q960钢材10~30 mm厚的母材试件进行了单调拉伸试验,获得其机械性能。同时,对高强钢Q960在熔化极气体保护电弧焊不同焊接热输入下的焊接接头进行了单调拉伸试验,研究焊接热输入对其屈服强度、抗拉强度、延伸率等的影响,并依据相关试验数据开发了针对Q690和Q960中厚板特定热输入的焊接工艺规范。之后,采用此焊接工艺规范进行加工,并在香港理工大学结构工程实验室对共计36个不同对接拼接焊热输入、不同截面分类的Q690和Q960焊接拼接短柱开展了全面的轴压试验研究,量化了在不同焊接热输入下的高强钢Q690和Q960焊接拼接短柱在轴向压缩下的截面承载力,并将试验结果与现行欧盟规范EN 1993-1-1中的设计要求进行了比较。最后,分析了现行欧盟规范EN 1993-1-1中对于截面分类的规定在高强钢Q690和Q960短柱焊接工字形截面和箱形截面上的适用性,提供试验数据,提出了对现有截面分类规定的一些意见。 展开更多

关键词 高强钢 短柱 H形截面 箱形截面 轴压试验

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Q690高强钢在单调荷载下的延性断裂判据研究

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作者 李梦飞 何浩祥 钟国辉 《钢结构（中英文）》 2024年第5期57-63,共7页

Q690高强钢由于其优越的强度和自重比在工程结构中受到越来越多的关注。螺栓连接是钢结构节点组成的重要形式,了解Q690钢的延性断裂行为对于研究Q690构件之间螺栓连接的破坏形式至关重要。为了解决这一问题,使用传统的延性断裂分析方法... Q690高强钢由于其优越的强度和自重比在工程结构中受到越来越多的关注。螺栓连接是钢结构节点组成的重要形式,了解Q690钢的延性断裂行为对于研究Q690构件之间螺栓连接的破坏形式至关重要。为了解决这一问题,使用传统的延性断裂分析方法对Q690钢进行了全面的初步研究,包括校准空穴扩张模型(VGM)和应力修正临界应变(SMCS)模型。对标准拉伸试件和不同缺口半径的圆棒缺口试件进行单调拉伸试验,通过对试验数据的分析得到了Q690钢的真实应力-应变关系和在不同应力三轴度下的工程应力-应变曲线。随后对断口进行电镜扫描试验,区分了试验试件的破坏模式,并对断口表面韧窝形成的凸起和凹陷进行分析,计算出Q690钢的特征长度,用于确定后续有限元模型的网格尺寸。建立有限元模型对试验加载过程进行模拟,使用校准后的本构模型计算出的工程应力-应变曲线与试验结果吻合较好。通过提取不同试件延性断裂发生时断裂起始点的应力应变状态确定了空穴扩张模型(VGM)和应力修正临界应变(SMCS)模型的断裂参数,并用其对试验试件的断裂位移进行预测。结果表明,传统的VGM和SMCS模型不能准确预测Q690试件的断裂,预测误差达到了31%和39%。在此基础上,提出了一种改进的孔洞生长模型,充分考虑了应力三轴度对断裂时临界塑性应变的影响。数值分析表明,改进后的断裂模型对试验试件的断裂位移的预测值与实测值吻合较好,平均误差控制在5%以内。研究强调了了解Q690高强钢延性断裂行为的重要性,并提出了一种改进的延性断裂模型,以提高预测其延性断裂的准确性。 展开更多

关键词 高强度钢材 延性断裂 电镜扫描 断裂预测

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