岩土体结构失稳概率的二次二阶矩评估方法

常规二次二阶矩可靠性方法只适用于功能函数偏导数(一阶和二阶)能够简便地由解析法求解的工程,使得其难以解决复杂岩土体结构的稳定可靠度问题.针对这一局限,基于数值差分原理,导出功能函数在验算点处各阶导数近似表达式,结合随机变量在X空间和Y空间的变换,构建了基于差分方法的梯度矢量数值求解工具;以该工具置换Breitung二次二阶矩方法中的梯度计算准则,形成一种适用于任意形式功能函数的二次二阶矩可靠度算法,消除了经典方法的局限;利用所提方法解决了功能函数为隐式和未知形式的边坡可靠度问题,展示了该方法解决复杂岩土体结构概率稳定性问题的能力,并同时在基准Y空间内建议了具有普遍意义的合适步长系数值0.01.     

纳米再生骨料混凝土的动态力学性能试验研究

对再生混凝土以及经过1%~2%的纳米SiO_2或纳米CaCO_3改性的再生混凝土进行了霍普金森压杆(SHPB)的冲击对比试验研究.试验研究不同纳米颗粒及其不同掺量对再生混凝土高应变率作用下动态强度,动态增长因子(DIF),峰值应变,冲击韧性等力学性能的影响.试验结果表明,动态冲击荷载下纳米改性再生混凝土普遍具有比未添加纳米颗粒的再生混凝土更高的冲击强度,然而当纳米颗粒含量从1%增加到2%时,纳米SiO_2及纳米CaCO_3改性的再生混凝土受冲击强度均有所降低.相同掺量时,纳米SiO_2对受冲击强度的提高效果比纳米CaCO_3更为明显,掺入1%纳米SiO_2的再生混凝土具有最高的受冲击强度.纳米CaCO_3则表现为更有效地提高了再生混凝土的冲击韧性和变形能力.纳米改性再生混凝土均呈现出比未添加纳米材料的再生混凝土低的应变率敏感性.     

拉索预应力巨型网格结构布索形式研究

针对由预应力和巨型网壳结构组合而成的一种超大跨度拉索预应力空间结构体系,总结了该结构体系已提出的两种预应力布置形式的索杆布置原则、受力机理、具体形式与几何拓扑关系;并在此基础上提出两种改进型拉索预应力布索形式.通过与已提出的两种布索形式及未布索桁架拱进行对比分析,初步研究了改进型布索形式下立体桁架拱的静力及稳定性能.对比指标包括结构最大位移、支座水平反力、杆件内力峰值、结构稳定极限承载力及失稳模态等5个方面.分析结果表明,两种改进型布索形式的引入均可有效地提高桁架拱的结构刚度,改善结构的静力性能,并能较大地提高其稳定承载力,同时还能改善已有布索形式的缺陷,是较合理的索杆布置;其中第2种改进型布索形式的综合性能更好,是一种更有效的布索形式.     

新型混凝土横孔空心砌块砌体受压性能研究

针对混凝土竖孔空心砌块存在的热、渗、裂等问题,提出并研究了一种混凝土横孔空心砌块.通过对9组(共54个)这种混凝土横孔砌块砌体的受压性能试验研究,了解了这种新型横孔砌块砌体的变形特征及破坏机理.基于试验结果并参考现行国家规范,提出了这种新型横孔砌块砌体的抗压强度计算方法.通过引入砌体对数型应力-应变关系模型,得到了这种新型横孔砌块受压应力-应变计算公式和弹性模量计算方法,对比结果表明,弹性模量计算值与试验值吻合良好.本文工作解决了新型横孔砌块抗压强度设计问题,为单轴受压下新型横孔砌块的内力分析和有限元分析提供了重要依据.     

新旧混凝土结合面剪切强度参数分析和计算研究

新旧混凝土结合面的抗剪强度是装配式混凝土结构和混凝土结构加固等领域重点关注的问题. 基于搜集、整理的新旧混凝土结合面（以下简称结合面）的剪切试验数据库（含439个试件），对GB 50010―2010、ACI 318―19、Eurocode 2、PCI7th四个规范所给结合面抗剪建议计算式进行对比分析.结果表明：在各参数的影响下，ACI结果的保证率表现最好，而 Eurocode 2计算强度的拟合效果最好；在结合面宽度达到300~400 mm时，GB 50010―2010的表现最好，但安全富余均较低，相对误差最大达到9倍. 对数据库进行参数分析，发现结合面剪切强度τexp存在尺寸效应，与结合面的沿剪切方向尺寸关联较大；且τexp与夹紧力ρfy有较好的相关性. 基于分析结果，根据叠加计算理论，对计算式提出建议和修正：分析引入尺寸效应系数β；同时修正了摩擦系数μ；应用了数据库拟合的销栓力分段函数，极大值为6.6 MPa.经对比验算证明，修正计算式在有无插筋及各种粗糙度情况下的误差最小，拟合效果最好，可为工程应用提供参考.     

大跨度公铁双层斜拉桥主梁涡激共振机理与控制

以拟建的某主跨808 m公铁双层斜拉桥为工程依托，采用节段模型风洞试验研究不同攻角下双层桁架梁断面的涡振性能及5种气动控制措施的抑振效果，结合计算流体动力学（CFD）静态绕流模拟，对比分析双层桁架梁断面的涡振机理及控制方法. 研究表明：主梁断面原设计方案在+3°和0°风攻角下存在明显的竖向和扭转涡振现象，且振幅超过规范允许值；间隔封闭上层桥面栏杆或增设抑流板可有效抑制主梁扭转涡振，但竖向涡振振幅仍不满足规范要求；上弦杆外侧增设风嘴可有效抑制主梁竖向和扭转涡振，而下弦杆外侧增设风嘴对主梁涡振抑振效果有限. 气流经主梁原设计断面上层桥面分离后，在其上下表面形成周期性脱落的大尺度旋涡，并在上层桥面后部再附，这是主梁发生竖向涡振的主要诱因；上弦杆外侧增设风嘴可引导气流平稳通过上层桥面，消除了周期性的旋涡脱落，并在其上表面形成一段狭长“回流区”，从而有效抑制了涡振的发生.     

钢-薄层UHPC轻型组合桥面结构抗弯疲劳及剩余承载力试验研究

为探明栓钉间距对钢-UHPC轻型组合桥面结构受力性能的影响规律,完成了3个钢-UHPC组合梁试件变幅疲劳试验,主要试验变量为栓钉间距（100 mm、150 mm、300 mm）.在疲劳试验中,重点考察了栓钉间距对轻型组合桥面结构疲劳性能的影响,并关注了栓钉焊趾处钢面板受拉-短栓钉受剪耦合作用下的疲劳性能;而在疲劳后的剩余承载力试验中,探明了栓钉间距对疲劳后UHPC裂缝发展规律及抗弯承载力的影响.疲劳试验结果表明,当栓钉间距为300 mm时,单位荷载下的钢-UHPC界面滑移明显高于其他两个试件,但在疲劳加载过程中,界面滑移增长并不明显;对于U肋受压区底板应变,当栓钉间距为100 mm和150 mm时,整个疲劳试验过程无明显变化,而当栓钉间距为300 mm时,应变呈现微小的增大趋势;为分析试件中栓钉根部的钢面板拉-剪耦合疲劳受力状态,基于《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》（JTG/T D64-01—2015）中的计算方法进行了分析,结果表明,该方法能够获得偏保守的计算结果.此外,疲劳后的剩余承载力试验表明,栓钉间距越小,试件的塑性变形能力越强,截面的抗弯承载力相应提高.分别按弹塑性理论和塑性理论计算了试件的剩余承载力,发现试件虽然经历了疲劳加载,但测承载力仍大于计算承载力,且基于塑性理论的计算结果更接近实测结果.     

高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力简化计算方法

为研究高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力简化计算方法,采用ANSYS有限元分析,探讨钢-STC-SMA结构厚度、环境温度、桥面纵坡等对层间应力的影响规律,建立轻型组合桥面铺装层间应力估算模型,提出层间最大剪应力、最大法向拉应力简化计算公式. 研究结果表明： SMA厚度、STC厚度、环境温度、桥面纵坡等对层间应力有不同程度的影响;在最不利荷载组合下,不计桥面纵坡时,层间最大剪应力变化范围为0.38~0.55 MPa（常温）、0.35~0.55 MPa（高温）;层间最大法向拉应力变化范围为0.18~0.23 MPa;层间应力随着桥面纵坡的增加而线性增加,纵坡从0%增加到8%,层间最大剪应力升幅为9.4%（常温）、12.0%（高温）,层间最大拉应力升幅为12.0%（常温）、12.5%（高温）;通过纵坡坡度修正,建立高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力通用计算公式,并与实桥有限元计算结果对比,误差在9%以内,说明本文提出的计算方法可用于估算不同纵坡下高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力.     

UHPC矮肋桥面板抗弯性能研究

为研究UHPC矮肋桥面板的抗弯性能并验证其在多跨大跨连续梁中的适用性,以滨州黄河大桥为背景,提出两种UHPC矮肋板方案（平均板厚分别为16.4 cm和14.3 cm）.首先建立实桥有限元模型,得到实际荷载作用下桥面板UHPC应力和栓钉剪力.接着,进行足尺抗弯试验,获得矮肋板从加载至破坏的过程中裂缝萌生与发展特征、荷载-位移曲线和应变分布规律等.试验表明,底部钢板的设置可以有效限制UHPC裂缝的发展,在钢板屈服前裂缝宽度呈线性发展;两种方案开裂应力分别为16.8 MPa和15.6 MPa,经过实桥有限元计算得到两种桥面板方案的纵向受力安全系数分别为2.2和1.5;钢板屈服后主裂缝迅速出现,最终桥面板纵肋受拉裂缝快速发展,顶面出现受压裂缝,认为试件破坏;然后,考虑UHPC材料受拉贡献,结合UHPC规范对结构抗弯承载能力进行验算,结果表明,当采用截面非线性方法并使用材料实际性能参数时,可以预测UHPC矮肋板的极限弯矩,计算值和试验值的比值分别为0.95和1.01.最终,对结构关键设计参数进行分析,结果表明,UHPC抗拉强度对极限弯矩的影响较小,增加钢板厚度是提高其极限弯矩的有效途径,窄而高的纵向加劲肋具有更高的受力效率.     

一种新型三水箱太阳能热水系统及控制策略

在传统集中式双水箱太阳能热水系统的基础上,提出一种引入补水加热水箱的新型三水箱太阳能热水系统,并进一步开发了相应控制策略,以在太阳辐射量较低和较高情况下均可充分利用该水箱蓄存太阳能并对补水进行加热,从而实现系统太阳能保证率的提升和辅助热源运行时间的减少. 为探究所提系统的运行性能,建立了TRNSYS仿真模型并通过实验对其进行了验证. 在该模型的基础上,对该系统运行性能及相应影响因素进行了分析. 研究结果表明,与传统系统相比,所提系统全年太阳能保证率的相对提升率为22.42%;单纯增大补水加热水箱体积并不会使得系统全年太阳能保证率不断提升,因此实际应用中应综合考虑系统全年太阳能保证率与初投资以合理选择补水加热水箱体积;在不同用水行为模式下所提系统与传统系统相比均可更为充分地利用太阳能. 此外,针对长沙地区某居住建筑的经济性分析显示,与传统系统相比,采用所提系统后年运行费用降低了18.31%,相应投资回收期为0.66年.