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：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：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：干湿交替区混凝土结构的耐久性问题非常突出,非饱和混凝土中的氯离子传输在受到水分对流效应主导的同时,由于混凝土孔隙液中始终存在着多种自由离子,异种离子间的电化学耦合效应对氯传输的影响同样不可忽视。本文着重考虑多离子间电化学耦合效应和水分对流效应对氯离子传输的共同影响,建立经第三方实验验证的水分-多离子耦合传输模型。通过数值研究发现,干湿交替下多离子间电化学耦合效应会在孔隙液中产生时变的静电势,并对传输预测造成显著影响,10个干湿循环后考虑多离子传输的氯离子含量可达单一离子传输的1.26倍。同时发现干湿时间比的减小,干湿循环次数的增加,干燥过程水分边界饱和度的减小,三者均会放大电化学耦合效应对氯离子传输的影响。结果表明在干湿交替环境下,若仅考虑单一离子传输会导致对氯离子摄入量的预测偏低,致使混凝土的耐久性设计偏危险。

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.

摘要：喷水灭火行为引起的火场局部温度骤降,有可能引起房屋结构破坏。为研究火灾及消防过程中温度场的分布和变化情况,设计建造了足尺钢框架房屋,根据实际火灾及消防场景设计火灾荷载和消防系统,模拟了真实火灾下窗户玻璃破碎和喷水灭火对火灾温度场的影响。试验过程中利用热电偶测量火灾及消防全过程的火场温度,得到了火场中不同位置的温度变化曲线。根据试验结果,并结合火灾动力学分析了火场温度的空间分布和变化规律。研究表明:火灾过程中,火场在垂直方向上存在明显的温度梯度,空气温度随高度增加而升高;框架平面沿水平方向越靠近起火点,升温速率越快,能达到的最高温度越高,垂直方向温度梯度越大;玻璃破碎增大了通风口面积,对通风控制型火灾的温度场有显著影响,靠近通风口处温度略有降低,而远离通风口的火场纵深处温度大幅上升;消防喷水能迅速抑制火场燃烧,降低火场温度,降温速率随喷水灭火时间增长而减小;开始灭火的短时间内,火源附近温度骤降,降温速率最高达到391℃/min。

摘要：时速600 km/h高速磁浮列车-轨道梁耦合系统的横向动力学性能对系统安全性、舒适性和经济性有重要影响,有必要建立列车-轨道梁的横向耦合振动统一方程组模型进行研究。基于多刚体动力学,采用矩阵组装法建立246自由度的5节编组列车横向振动微分方程组;基于连续体受迫振动理论,采用模态叠加法建立240自由度的40跨柔性轨道梁的横向振动微分方程组;通过对均布磁浮力进行离散化处理,基于PD控制算法建立156个磁浮间隙代数方程组;采用三角级数法对轨道不平顺功率谱密度函数进行时域反演,考虑轨道横向不平顺对磁浮系统耦合振动的影响。采用软件Mathematica编写了高速磁浮系统横向耦合振动的微分代数方程组模型,并数值求解得到系统动力时程响应。研究结果表明,理论模型能够完整反映高速磁浮系统轨道梁、磁浮间隙和车辆的振动规律,可有效模拟轨道不平顺、风致横向荷载联合作用下的系统横向耦合振动;数值模拟结果表明:轨道梁跨中最大位移与车速呈正相关关系,且存在一临界车速使得跨中最大加速度取最大值;新型轨道梁各车速下跨中最大位移小于0.32 mm,其横向动力学性能满足要求。研究成果可为高速磁浮轨道结构设计和关键技术研究提供参考。

摘要：尽管建筑领域的火灾安全性能化设计理念已经提出近四十年,不少学者针对这一研究热点也做了大量工作,但是由于缺乏完善的理论基础,以及在实际工程设计中的可操作性等问题,其应用仍然受到很大的限制。目前,中国、英国、美国、澳大利亚、新西兰、加拿大等国家以及多个国际组织的建筑结构火灾安全设计规范开始由“处方式”向“性能化”发展,为研究工作提供了新的思路和要求。基于世界上主要的国际和国家标准,整理了有关火灾安全性能化设计方法的规范条例及内容,提出了建筑结构性能化抗火设计中的几个关键问题。为解决这几个关键问题,以建筑结构安全和人员生命安全作为性能化设计的总体目标和根本任务,提出性能化水平的RRS指标评价体系,建立了基于火灾风险随机性的性能化抗火设计框架。该框架为系统的性能化结构抗火设计理论和方法的形成构建了分析评估体系,有助于促进性能化抗火设计理论方法的完善和在工程实践中的应用,特别是在钢结构抗火设计中的应用。

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：采用数值方法建立基于小硬变硬化(HSS)本构模型的相邻基坑模型,将其与单个基坑模型和不考虑墙土摩擦的相邻基坑模型进行对比分析,得到了同步实施的相邻基坑的受力变形特性,揭示相邻基坑相互作用机理.结果表明:坑间土体中存在两种土拱效应,一种是由墙体不均匀变形引起的土拱效应,另一种是由墙土摩擦引起的土拱效应,两者共同影响作用在围护墙上的土压力.随着基坑间距的减小,前者减弱,导致开挖面附近土体向被支撑土体的土压力转移减弱;后者增强,导致作用在相邻围护墙上的土压力减小.在两者的作用下,随着基坑间距的减小,作用在相邻墙体上的土压力先由R型分布向线性分布发展,再向R型分布发展,非相邻墙体水平位移最大值增大,相邻墙体水平位移最大值先增大后减小.