摘要：为解决空间结构节点拓扑优化与3D打印设计制造方法参数化程度低的问题,提出了一套完整的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程(CAE)和计算机辅助制造(CAM)工作流,用于空间结构节点智能化拓扑优化设计、数值分析和3D打印制造。首先基于参数化平台Grasshopper建立空间结构节点的参数化一体化拓扑优化CAD程序,自动生成优化节点模型;利用Abaqus/CAE平台对优化节点进行有限元结构分析;通过Fusion 360的CAM模块完成3D打印设计仿真和生成制造文件。结合单层网壳和双层网架结构的节点实例,验证了提出的工作流的适用性。分析结果表明:智能生成的节点较传统形式节点更美观独特且具有轻质高强的特性,在相同受力工况下,优化节点的体积仅为传统空心球节点的40%~60%,其柔度、峰值位移和峰值应力等各项力学性能指标即可优于空心球节点;采用316L不锈钢材料,基于选区激光熔融3D打印工艺可实现该高性能节点的精密制造。

摘要：拼合式带翼缘冷弯薄壁型钢十字形构件在轴心压力作用下的主要破坏形式为扭转失稳,其扭转失稳极限承载力取决于抗扭刚度,而拼合效应对构件抗扭刚度的影响没有明确的计算方法。为研究拼合式带翼缘十字形构件的抗扭性能及拼合效应对抗扭刚度的影响,对10个不同截面尺寸和拼合螺栓分布的带翼缘十字形冷弯薄壁构件进行了扭转试验,得到扭转全过程的扭矩-转角曲线和扭矩-应变曲线。设计了专用加载装置使构件在加载初期发生自由扭转,据此得到该拼合构件的自由扭转刚度。试验结果表明:减小螺栓间距能增强拼合效应,对于单列螺栓构件,螺栓间距的变化对拼合效应的影响更明显;拼合效应主要作用于构件的腹板,腹板尺寸增大,单位面积的螺栓数量减少,拼合效应对抗扭刚度的贡献相对减少;相较于非拼合构件,拼合构件抗扭刚度的提升可能是因为螺栓在一定程度上约束了相邻腹板的相对翘曲,提升程度可能与拼合节点间腹板的翘曲刚度有关。

摘要：为评估海底浅基础服役过程的承载力时变规律,推导了预载作用下黏土海床完全固结后的不排水抗剪强度分布,利用滑移线法给出了应力特征线方程并求解出浅基础固结承载力,研究了预载比、土体不均匀性、有效内摩擦角和基础尺寸对浅基础固结承载力的影响.结果表明:浅基础固结承载力的相对增长幅度和预载比近似呈线性关系,由土体不均匀因子和有效内摩擦角共同决定,不受基础尺寸的影响.通过与水土耦合有限元分析结果进行比较,对所提方法的准确性进行了严格的验证,表明了该方法的有效性.最后,根据有限元结果分析了滑移线解的误差来源,发现孔压计算差异是导致固结承载力预测结果产生误差的主要原因.该滑移线解可快速准确地预估浅基础固结承载力的增长规律,为海底浅基础的优化设计提供重要参考.

摘要：在常规的空间结构设计中,通常把上部结构和基础分开独立计算,这种做法会导致空间结构边界条件假设与基础实际设计方案提供的支承刚度不符.另外,设计人员普遍采用包络设计方法以简化复杂荷载工况下的结构设计问题,对于短柱的基础而言,这种简化往往放大了对基础的承载力要求.在现有的设计水平下,基础优化的潜力未能得到充分发挥.本文提出一种基于空间结构与基础协同分析的优化方法,该方法通过将空间结构与基础的优化分析纳入每一次迭代计算中,减少不正确的边界条件假设给结构受力分析带来的误差;同时基础设计以上部结构各组合工况支座反力计算结果为依据,以避免因采用最不利荷载效应组合而带来不合理的承载力冗余.以三心圆张弦桁架为例的优化结果表明,该优化方法能显著降低基础材料用量,取得较为理想的经济效益.

摘要：为探究钢桥面板横梁切口裂纹的Lamb波技术监测效果,设计了2个钢桥面板足尺模型,通过循环加载使其横梁切口处发生疲劳开裂,利用Lamb波监测裂纹扩展情况,进而从波信号中提取标准化特征,用于评估裂纹扩展.建立并验证了钢桥面板有限元模型,进行了裂纹长度、传感器位置等各种参数分析,以确定最佳传感器布置.试验结果表明:当裂纹扩展长度与波传播路径垂直时,标准化特征增大;当两者路径平行时,标准化特征减小.参数化分析结果确定了切口处裂纹监测的最佳传感器位置,建议在选定横梁切口区域,预先布置1个激励器和4个接收器,激励器位于距切口50 mm处,接收器位于距离切口50 mm处或距顶板50~100 mm处.

摘要：直角扣件初始刚度对模板支架结构承载力有较大影响,但扣件性能的量化设计存在工程量大、计算精确度低等问题.基于一系列扣件抗滑移和扭转试验,建立带直角扣件节点的三维数值模拟并利用试验结果进行验证,通过验证后的数值方法开展大量参数分析揭示多种设计参数对扣件性能的综合影响并建立扣件承载力设计数据库,分别基于随机森林(RF)、支持向量机(SVM)和K最邻近算法(K-NN)提出了扣件刚度预测模型,结合基因表达式编程(GEP)提出了抗滑移模型测点位移和扭转模型刚度预测表达式.研究表明,通过SVM和GEP能够较准确预测直角扣件抗滑移模型位移和扭转模型刚度,对指导工程模板支架结构中扣件的安全设计有着重要意义.

摘要：现有海上风机单桩设计方法的改进主要从修正p-y曲线入手,较少涉及单桩抗力组分的研究。文章将大直径水平受荷单桩的桩-土相互作用分解为桩-土水平抗力p、侧壁摩阻力τz、基底水平摩阻力Fs、基底竖向抗力Fbot,建立含4类抗力弹簧的简化梁单元分析模型,通过三维有限元分析对工程试桩验算,提取各抗力弹簧的组分,明确大直径单桩的抗力组成和变化规律。结果表明,小长径比单桩的水平承载力主要由水平抗力(p-y抗力)控制,但侧壁摩阻力τz、基底水平摩阻力Fs不可忽略;大直径单桩变形模式由桩土相对刚度控制,长径比是影响单桩水平承载力组分变化的重要因素。在此基础上提出了p-y抗力组分曲线,并通过案例分析展示了修正单桩水平承载力的步骤和结果。

摘要：为研究蔓延火灾下钢框架结构建筑室内火灾温度场、钢构件温度分布和位移的发展规律,对1个足尺的两层钢框架结构进行蔓延火灾试验,测量试验区域内关键位置的空气温度、钢构件温度和位移。试验结果表明:试验中火源房间内的火灾过程呈现4个明显的发展阶段,受火70 min时室内火灾达到全盛,测得火灾烟气层最高温度730℃;受火82 min时火灾从火源房间蔓延至邻近房间,导致了邻近房间内各受火钢构件温度峰值出现在不同时刻,同时,各构件历经扩散热烟气加热、直接受火加热和冷却降温3个阶段,呈现反复升降温的受火过程;受火过程中,钢构件温度变化显著滞后于火场温度,受火钢柱先后升温产生向上的轴向变形。与传统室内火灾相比,蔓延火灾扩大了火场范围和钢结构受火范围,对结构安全和人员安全造成更大威胁,因此在进行结构抗火设计时应得到充分考虑。

摘要：钢筋混凝土被广泛应用于公共建筑和大型基础设施的建设中,但其在服役中常常面临氯盐和硫酸盐的侵蚀,尤其是在滨海和盐渍环境中,其耐久性能将迅速下降,因此有必要探究硫酸盐和氯盐在耦合侵蚀过程中的相互影响,以及二者对混凝土劣化和钢筋锈蚀的影响。本文从钢筋混凝土中单一氯盐和硫酸盐的侵蚀机理出发,从混凝土因离子传输和基体膨胀而导致的劣化、耦合侵蚀所导致的钢筋锈蚀两个方面总结了相关研究成果。明确硫酸盐侵蚀对氯离子扩散的影响是理解氯盐和硫酸盐耦合侵蚀机理的关键,需考虑硫酸盐对结合氯离子的释放以及硫酸盐侵蚀对混凝土孔隙和开裂影响所产生的叠加效应。基于此,该影响可分为促进、抑制、促进三个阶段。氯盐缓解混凝土中硫酸盐侵蚀的前提是氯离子对混凝土材料本身无侵蚀作用,缓解的原因主要在于氯离子能够先于硫酸根离子与单硫型水化硫铝酸钙(AFm)反应生成弗里德尔盐(Friedel’s salt,也称为Friedel盐)。硫酸盐和氯盐耦合侵蚀下钢筋的锈蚀问题需要结合硫酸盐对氯离子的影响机理做进一步的分析,同时也有必要研究硫酸盐对钢筋的直接锈蚀问题。最后,将钢筋混凝土作为一个整体,从实验和数值两种角度对其在氯盐和硫酸盐共同作用下的耐久性研究进行展望,以期为滨海和盐渍环境中的新建钢筋混凝土基础设施的耐久性设计和既有结构的安全性评估提供参考。

摘要：基于微观力学测试和复合材料理论,计算水泥基材料的多尺度弹性参数,是水泥基材料基于性能的精细化设计理论基础之一.本研究对不同水灰比的硬化水泥净浆试样进行微观弹性模量的纳米压痕测试和孔隙结构压汞试验,基于多相材料均质化理论,建立考虑孔隙影响的水泥净浆弹性模量多尺度计算方法,并比较稀疏法、自洽法、Mori-Tanaka法、相互作用直推法和多层次均匀化法的适用性.计算结果表明,考虑孔隙作用的多相、多尺度计算方法与水泥净浆试件的宏观弹模测试结果吻合良好,除多层次均匀化法外,其他复合材料均匀化方法的计算结果相近.