2019年第41卷第6期文章目次
2019, 41(6):1-8.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.110
摘要:
被动区加固是控制软土深基坑变形的有效措施之一，但加固区土体力学参数往往表现出极强的空间变异性，势必会给软土深基坑整体变形行为带来一定的不确定性。鉴于此，通过FLAC3D软件建立了基坑开挖三维动态模型，基于K-L法生成了水泥土参数随机场，并进行了确定性与不确定性数值分析。重点比较了两种分析方法中地连墙最大水平位移与地表最大沉降的结果差距，统计了不确定性分析中变形指标的分布趋势，探讨了水泥土参数变异性强弱对不同厚度被动加固区加固效果的影响。结果表明：考虑水泥土材料参数空间变异性时，被动区加固存在临界加固厚度；被动加固区参数变异性的强弱对软土深基坑整体变形行为的影响有限，在评估软土深基坑的变形程度时，不必对加固区参数的空间变异性作特殊考虑。
被动区加固是控制软土深基坑变形的有效措施之一，但加固区土体力学参数往往表现出极强的空间变异性，势必会给软土深基坑整体变形行为带来一定的不确定性。鉴于此，通过FLAC3D软件建立了基坑开挖三维动态模型，基于K-L法生成了水泥土参数随机场，并进行了确定性与不确定性数值分析。重点比较了两种分析方法中地连墙最大水平位移与地表最大沉降的结果差距，统计了不确定性分析中变形指标的分布趋势，探讨了水泥土参数变异性强弱对不同厚度被动加固区加固效果的影响。结果表明：考虑水泥土材料参数空间变异性时，被动区加固存在临界加固厚度；被动加固区参数变异性的强弱对软土深基坑整体变形行为的影响有限，在评估软土深基坑的变形程度时，不必对加固区参数的空间变异性作特殊考虑。
2019, 41(6):9-16.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.117
摘要:
在城市建设中，深基坑开挖会对邻近既有地下管线产生较大威胁。目前，基于有限元数值模拟和传统弹性地基梁模型分析方法无法考虑由于管线与土体之间刚度和变形的差异性而造成的管土相互分离现象，使得对于基坑开挖引起管线变形的预测偏于不安全。基于Pasternak弹性地基梁理论，引入管土相互分离计算模型，推导了基坑开挖引起的邻近管线变形计算解析解。参数分析结果表明，管线最大位移随管土分离段长度的增大而增大，且当管线抗弯刚度较小时，土体剪切作用对管线变形影响较大。通过理论计算结果和有限元数值模拟结果及现场实测数据的对比，验证了分析模型的适用性。
在城市建设中，深基坑开挖会对邻近既有地下管线产生较大威胁。目前，基于有限元数值模拟和传统弹性地基梁模型分析方法无法考虑由于管线与土体之间刚度和变形的差异性而造成的管土相互分离现象，使得对于基坑开挖引起管线变形的预测偏于不安全。基于Pasternak弹性地基梁理论，引入管土相互分离计算模型，推导了基坑开挖引起的邻近管线变形计算解析解。参数分析结果表明，管线最大位移随管土分离段长度的增大而增大，且当管线抗弯刚度较小时，土体剪切作用对管线变形影响较大。通过理论计算结果和有限元数值模拟结果及现场实测数据的对比，验证了分析模型的适用性。
2019, 41(6):17-26.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.116
摘要:
为探究含石量对泥岩土石混合体剪切特性及细观破坏机制的影响，设计了含石量20%~80%共4组试样，分别在0.2、0.4、0.6、0.8 MPa这4种不同围压下进行室内大型三轴剪切试验，研究不同含石量试样的偏应力、体积应变及抗剪强度参数的变化规律；基于数字图像处理技术生成PFC2D颗粒流数值模型进行一系列数值分析。结果表明：试样抗剪强度随含石量增大而不断增大。与其他类型的土石混合体不同的是，泥岩土石混合体在低围压下呈先剪缩后剪胀的变化规律，且含石量越高，最终剪胀效果越明显；在高围压下始终表现为剪缩，且含石量越低，剪缩效果越强。内摩擦角随含石量增大呈慢快慢的“S”型增长趋势，且在20%~80%含石量内增长较快；黏聚力随含石量增大不断降低，但下降速率逐渐减小。数值试验表明：土石混合体在剪切过程中存在拉剪混合破坏；随含石量增加，土石混合体骨架结构效应越来越显著，剪切带绕过块石，形成多个形状不规则的小剪切带。
为探究含石量对泥岩土石混合体剪切特性及细观破坏机制的影响，设计了含石量20%~80%共4组试样，分别在0.2、0.4、0.6、0.8 MPa这4种不同围压下进行室内大型三轴剪切试验，研究不同含石量试样的偏应力、体积应变及抗剪强度参数的变化规律；基于数字图像处理技术生成PFC2D颗粒流数值模型进行一系列数值分析。结果表明：试样抗剪强度随含石量增大而不断增大。与其他类型的土石混合体不同的是，泥岩土石混合体在低围压下呈先剪缩后剪胀的变化规律，且含石量越高，最终剪胀效果越明显；在高围压下始终表现为剪缩，且含石量越低，剪缩效果越强。内摩擦角随含石量增大呈慢快慢的“S”型增长趋势，且在20%~80%含石量内增长较快；黏聚力随含石量增大不断降低，但下降速率逐渐减小。数值试验表明：土石混合体在剪切过程中存在拉剪混合破坏；随含石量增加，土石混合体骨架结构效应越来越显著，剪切带绕过块石，形成多个形状不规则的小剪切带。
2019, 41(6):27-35.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.111
摘要:
在不同加载速率下，利用自主研制的平面应变模型加载及观测系统对平面应变条件下含孔洞土样进行双轴压缩实验。垂压由试验机施加，土样受到的内压和侧压作用由气囊施加。在对土样施加内压和侧压后、进行位移控制加载前，操控数码相机对喷涂了散斑的土样表面图像进行拍摄，以记录土样在位移控制加载过程中的全部变形过程。利用数字图像相关方法获得土样的位移场，利用能较好滤掉位移场噪声的局部位移最小二乘拟合方法获得最大剪切应变的分布及演变规律。为了定量获得最大剪切应变且分析方便，根据清晰剪切带位置，布置曲折测线并在其两侧布置平直测线。研究发现：当加载速率较低且纵向应变达到一定值时，拉破坏导致土样的孔洞顶部和底部发展出高角度应变局部化带，而当加载速率较高时，未出现上述现象；当纵向应变较高时，在孔洞表面附近，随着向孔洞表面的逐渐靠近，大多数剪切带内测线上的最大剪切应变逐渐增加，而大多数带外测线上的最大剪切应变则逐渐下降；当纵向应变较高时，在离孔洞表面较远处，随着向孔洞表面的逐渐靠近，大多数剪切带内测线上的最大剪切应变逐渐增加，而大多数带外测线上的最大剪切应变则变化复杂。
在不同加载速率下，利用自主研制的平面应变模型加载及观测系统对平面应变条件下含孔洞土样进行双轴压缩实验。垂压由试验机施加，土样受到的内压和侧压作用由气囊施加。在对土样施加内压和侧压后、进行位移控制加载前，操控数码相机对喷涂了散斑的土样表面图像进行拍摄，以记录土样在位移控制加载过程中的全部变形过程。利用数字图像相关方法获得土样的位移场，利用能较好滤掉位移场噪声的局部位移最小二乘拟合方法获得最大剪切应变的分布及演变规律。为了定量获得最大剪切应变且分析方便，根据清晰剪切带位置，布置曲折测线并在其两侧布置平直测线。研究发现：当加载速率较低且纵向应变达到一定值时，拉破坏导致土样的孔洞顶部和底部发展出高角度应变局部化带，而当加载速率较高时，未出现上述现象；当纵向应变较高时，在孔洞表面附近，随着向孔洞表面的逐渐靠近，大多数剪切带内测线上的最大剪切应变逐渐增加，而大多数带外测线上的最大剪切应变则逐渐下降；当纵向应变较高时，在离孔洞表面较远处，随着向孔洞表面的逐渐靠近，大多数剪切带内测线上的最大剪切应变逐渐增加，而大多数带外测线上的最大剪切应变则变化复杂。
2019, 41(6):36-42.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.112
摘要:
中国面板坝建设规模正突破200~300 m级跨越，研究地震面板损伤破坏对特高坝抗震性能和安全控制具有重要意义。引入Quadtree跨尺度建模和非线性SBFEM-FEM耦合分析方法，联合土体广义塑性模型、弹塑性接触模型和混凝土塑性损伤模型，研究了高面板坝面板地震精细损伤演化过程。研究表明：面板损伤区主要发生在高程0.6H~0.9H区间附近；随顺坡向网格细化，损伤越趋局部化，越能合理地反映面板顶部的损伤破坏现象，建议顺坡向面板尺寸取0.5~1.0 m。面板大部分区域法向划分2层或1层网格可满足计算精度，但对顶部局部区域，可考虑分3层网格。基于Quadtree-SBFEM-FEM的跨尺度分析方法，实现了面板的精细化损伤演化规律研究，可为工程地震薄弱区域的精准定位和抗震安全控制方法的有效性分析提供重要参考和指导。
中国面板坝建设规模正突破200~300 m级跨越，研究地震面板损伤破坏对特高坝抗震性能和安全控制具有重要意义。引入Quadtree跨尺度建模和非线性SBFEM-FEM耦合分析方法，联合土体广义塑性模型、弹塑性接触模型和混凝土塑性损伤模型，研究了高面板坝面板地震精细损伤演化过程。研究表明：面板损伤区主要发生在高程0.6H~0.9H区间附近；随顺坡向网格细化，损伤越趋局部化，越能合理地反映面板顶部的损伤破坏现象，建议顺坡向面板尺寸取0.5~1.0 m。面板大部分区域法向划分2层或1层网格可满足计算精度，但对顶部局部区域，可考虑分3层网格。基于Quadtree-SBFEM-FEM的跨尺度分析方法，实现了面板的精细化损伤演化规律研究，可为工程地震薄弱区域的精准定位和抗震安全控制方法的有效性分析提供重要参考和指导。
2019, 41(6):43-51.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.122
摘要:
针对在役高速公路深厚软基段出现失稳滑移的问题，提出桩顶带连系梁的微型桩快速处治方法。结合开阳高速公路K3202+577~K3202+640段软基加固抢险实际工程，介绍微型桩和连系梁的加固方案和施工工艺。加固后实测的深层水平位移和路基沉降变形大幅减小，表明该方法可有效处治软基滑移病害。采用Plaxis 3D软件建立深厚软基连系梁微型桩加固变形的数值分析模型，通过与实测值对比分析，验证了模型的合理性；研究了桩间距、桩排距、连系梁布设形式对滑移处治效果的影响，结果表明：水平位移随着桩间距增大而增大，桩间距超过10倍桩径后，土体侧移增大速度明显加快；水平位移随排间距增大会先减小后增大，排间距不宜超过10倍桩径；加设连系梁能减小路基土体侧移和优化微型桩受力，桩顶不同形式连系梁的处治效果排序为：双向交叉连系梁 > 单向交叉连系梁 > 斜向连系梁 > 纵向连系梁。
针对在役高速公路深厚软基段出现失稳滑移的问题，提出桩顶带连系梁的微型桩快速处治方法。结合开阳高速公路K3202+577~K3202+640段软基加固抢险实际工程，介绍微型桩和连系梁的加固方案和施工工艺。加固后实测的深层水平位移和路基沉降变形大幅减小，表明该方法可有效处治软基滑移病害。采用Plaxis 3D软件建立深厚软基连系梁微型桩加固变形的数值分析模型，通过与实测值对比分析，验证了模型的合理性；研究了桩间距、桩排距、连系梁布设形式对滑移处治效果的影响，结果表明：水平位移随着桩间距增大而增大，桩间距超过10倍桩径后，土体侧移增大速度明显加快；水平位移随排间距增大会先减小后增大，排间距不宜超过10倍桩径；加设连系梁能减小路基土体侧移和优化微型桩受力，桩顶不同形式连系梁的处治效果排序为：双向交叉连系梁 > 单向交叉连系梁 > 斜向连系梁 > 纵向连系梁。
2019, 41(6):52-60.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.131
摘要:
分析土工格栅工程力学特性对加筋尾矿结构变形和长期稳定的影响，基于四参数粘弹塑性模型表征土工格栅长期低应力作用下的力学特性，提出了土工格栅加筋尾矿的流变模型，把加筋复合体受力分析分为两个阶段，分别对应尾矿处于弹性状态和塑性状态，将尾矿产生塑性变形的时间（塑性到达时间）作为两个阶段分界点，并给出了两个阶段的加筋复合体本构关系表达式。研究表明：四参数粘弹塑性模型能够准确反映土工格栅的衰减型蠕变和应力松弛特征；第1阶段，筋材中的应力随时间减小，导致尾矿中的微观应力重新分布，直到尾矿达到屈服条件进入第2阶段，筋材的应力开始保持不变，加筋复合体整体应变由于筋材的蠕变而增加；加筋复合体受力快速由第1阶段过渡到第2阶段，第1阶段变形很小，复合体整体应变主要由第2阶段导致；塑性到达时间受到土工格栅模型参数中Kelvin系数和尾矿强度参数内摩擦角的影响显著。
分析土工格栅工程力学特性对加筋尾矿结构变形和长期稳定的影响，基于四参数粘弹塑性模型表征土工格栅长期低应力作用下的力学特性，提出了土工格栅加筋尾矿的流变模型，把加筋复合体受力分析分为两个阶段，分别对应尾矿处于弹性状态和塑性状态，将尾矿产生塑性变形的时间（塑性到达时间）作为两个阶段分界点，并给出了两个阶段的加筋复合体本构关系表达式。研究表明：四参数粘弹塑性模型能够准确反映土工格栅的衰减型蠕变和应力松弛特征；第1阶段，筋材中的应力随时间减小，导致尾矿中的微观应力重新分布，直到尾矿达到屈服条件进入第2阶段，筋材的应力开始保持不变，加筋复合体整体应变由于筋材的蠕变而增加；加筋复合体受力快速由第1阶段过渡到第2阶段，第1阶段变形很小，复合体整体应变主要由第2阶段导致；塑性到达时间受到土工格栅模型参数中Kelvin系数和尾矿强度参数内摩擦角的影响显著。
2019, 41(6):61-70.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.123
摘要:
电阻率法在土壤测试的精确性方面存在较多不足，而电极是影响精度的重要原因，尤其是二极法测试。若能确定电极与土壤的接触程度，以及两电极间距离对测试结果的影响，将可最大化避免电极的干扰。基于二极法电阻率测试方法，选用锌污染标准砂作为模拟土壤，以测试交流电阻率为例，设置不同接触程度与不同电极间距两种工况，并结合COMSOL软件仿真分析，研究电极布置对电阻率测试的影响，并建立分析模型与误差计算式。研究结果表明：试验与模拟分析可相互验证和补充。接触程度越大，越有利于电阻率测试，随接触程度增大对测试电阻率的影响逐渐减弱；电极间距越大，对测试电阻率的影响越弱，细长型试样更有益于提高测试精度。导电模型分为正常段与受电极影响的过渡段串联，同时，径向电流密度可较好表征出各段的长度和极化情况。过渡段长度和极化随接触程度的增大而减小，与电极间距无关，通过电极布置模型可拟合不同电极间距的测试结果，得出正常电阻率。
电阻率法在土壤测试的精确性方面存在较多不足，而电极是影响精度的重要原因，尤其是二极法测试。若能确定电极与土壤的接触程度，以及两电极间距离对测试结果的影响，将可最大化避免电极的干扰。基于二极法电阻率测试方法，选用锌污染标准砂作为模拟土壤，以测试交流电阻率为例，设置不同接触程度与不同电极间距两种工况，并结合COMSOL软件仿真分析，研究电极布置对电阻率测试的影响，并建立分析模型与误差计算式。研究结果表明：试验与模拟分析可相互验证和补充。接触程度越大，越有利于电阻率测试，随接触程度增大对测试电阻率的影响逐渐减弱；电极间距越大，对测试电阻率的影响越弱，细长型试样更有益于提高测试精度。导电模型分为正常段与受电极影响的过渡段串联，同时，径向电流密度可较好表征出各段的长度和极化情况。过渡段长度和极化随接触程度的增大而减小，与电极间距无关，通过电极布置模型可拟合不同电极间距的测试结果，得出正常电阻率。
2019, 41(6):71-79.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.124
摘要:
基于改进的遗传算法和8邻域边界跟踪法，对混凝土断面的数字图像进行处理，得到二值图像并提取粗骨料的边界坐标；根据提取的坐标编写程序，生成浆体集料界面过渡区（ITZ），得到真实的混凝土细观模型；将得到的混凝土细观模型导入COMSOL软件，模拟海洋水下区氯离子侵入混凝土内部过程，得到不同时刻混凝土内部氯离子浓度云图。研究结果表明：使用的建模和模拟方法所得结果与长期实海暴露混凝土实验结果一致，可以用来研究和评价海洋环境下混凝土的耐久性能；ITZ的存在会加速氯离子向混凝土内部扩散，其厚度越大，扩散过程越快，界面区厚度增大1倍，混凝土表观氯离子扩散系数增大12.3%；对比真实混凝土细观模型与参数化生成的圆形随机骨料模型中氯离子传输模拟结果发现，圆形随机骨料模型中氯离子的浓度总是小于真实细观模型中氯离子的浓度。
基于改进的遗传算法和8邻域边界跟踪法，对混凝土断面的数字图像进行处理，得到二值图像并提取粗骨料的边界坐标；根据提取的坐标编写程序，生成浆体集料界面过渡区（ITZ），得到真实的混凝土细观模型；将得到的混凝土细观模型导入COMSOL软件，模拟海洋水下区氯离子侵入混凝土内部过程，得到不同时刻混凝土内部氯离子浓度云图。研究结果表明：使用的建模和模拟方法所得结果与长期实海暴露混凝土实验结果一致，可以用来研究和评价海洋环境下混凝土的耐久性能；ITZ的存在会加速氯离子向混凝土内部扩散，其厚度越大，扩散过程越快，界面区厚度增大1倍，混凝土表观氯离子扩散系数增大12.3%；对比真实混凝土细观模型与参数化生成的圆形随机骨料模型中氯离子传输模拟结果发现，圆形随机骨料模型中氯离子的浓度总是小于真实细观模型中氯离子的浓度。
2019, 41(6):80-88.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.125
摘要:
结构耐久性可靠度评估应以体系为对象，并且要体现结构性能的自身特征及动态时变特性。基于贝叶斯动态更新技术，以混凝土碳化深度为随机变量，利用体现结构个性特征的实桥检测信息对传统静态碳化模型进行修正。以可靠度指标为评价标准，引入能计入构件间相关性的微分等价递归算法，并将其嵌入到贝叶斯动态更新框架中，构造出体系碳化耐久性动态评估模型和计算流程，形成了复杂体系碳化耐久性动态可靠度计算方法，采用MATLAB平台开发了计算程序。利用碳化试验模拟实桥检测数据，对钢筋混凝土拱桥进行了体系动态耐久性评估，发现模型更新后拱圈和立柱的碳化耐久性可靠度比更新前有所增大，而桥面板则有所降低，体系耐久性可靠度低于构件可靠度。
结构耐久性可靠度评估应以体系为对象，并且要体现结构性能的自身特征及动态时变特性。基于贝叶斯动态更新技术，以混凝土碳化深度为随机变量，利用体现结构个性特征的实桥检测信息对传统静态碳化模型进行修正。以可靠度指标为评价标准，引入能计入构件间相关性的微分等价递归算法，并将其嵌入到贝叶斯动态更新框架中，构造出体系碳化耐久性动态评估模型和计算流程，形成了复杂体系碳化耐久性动态可靠度计算方法，采用MATLAB平台开发了计算程序。利用碳化试验模拟实桥检测数据，对钢筋混凝土拱桥进行了体系动态耐久性评估，发现模型更新后拱圈和立柱的碳化耐久性可靠度比更新前有所增大，而桥面板则有所降低，体系耐久性可靠度低于构件可靠度。
2019, 41(6):89-94.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.115
摘要:
中国跨海桥梁多建于近岸岛礁海域，桥址区的波浪要素随时空演变复杂。桥址区波高的准确推算对于桥梁结构设计和施工组织具有十分重要的意义。提出一种基于外海环境预报数据的近岸岛礁桥址区波高人工神经网络（ANN）推算模型，并以平潭海峡公铁两用大桥桥址海域为研究对象，运用ANN算法中常用的BP神经网络对外海海洋预报台提供的波高、风速数据以及在桥址区实测波高数据进行训练，建立二者之间的映射关系及ANN推算模型。为验证推算模型的可行性和有效性，运用上述模型对桥址区连续80 d的海浪波高进行推算，通过对比前人模型和实测数据发现，推算波高和实测波高的变化趋势基本吻合，均方根误差满足预测要求，获得了理想的预测效果。研究表明，提出的波高ANN推算模型可以利用外海预报信息进行近岸岛礁桥址区的波高推算，且建模过程较为简单。
中国跨海桥梁多建于近岸岛礁海域，桥址区的波浪要素随时空演变复杂。桥址区波高的准确推算对于桥梁结构设计和施工组织具有十分重要的意义。提出一种基于外海环境预报数据的近岸岛礁桥址区波高人工神经网络（ANN）推算模型，并以平潭海峡公铁两用大桥桥址海域为研究对象，运用ANN算法中常用的BP神经网络对外海海洋预报台提供的波高、风速数据以及在桥址区实测波高数据进行训练，建立二者之间的映射关系及ANN推算模型。为验证推算模型的可行性和有效性，运用上述模型对桥址区连续80 d的海浪波高进行推算，通过对比前人模型和实测数据发现，推算波高和实测波高的变化趋势基本吻合，均方根误差满足预测要求，获得了理想的预测效果。研究表明，提出的波高ANN推算模型可以利用外海预报信息进行近岸岛礁桥址区的波高推算，且建模过程较为简单。
2019, 41(6):95-103.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.121
摘要:
开展了45个混凝土试件中135根加速锈蚀钢筋的单轴拉伸试验，分别建立了均匀/非均匀锈蚀特征参数与锈蚀钢筋的力学性能参数和变形性能参数之间的定量关系，进而提出了基于均匀/非均匀锈蚀特征参数的锈蚀钢筋应力应变关系模型。结果表明：锈蚀钢筋的力学和变形性能参数与锈蚀特征参数之间的相关性较大，随着质量锈蚀率、最大截面锈蚀率和最大锈蚀深度相对值的增加呈现线性减小趋势，而随着最小剩余截面积相对值和面积点蚀因子的增大呈现线性增大趋势；随着钢筋锈蚀程度的增加，锈蚀钢筋的屈服平台会出现明显退化现象，当质量锈蚀率、最大截面锈蚀率和最大锈蚀深度相对值分别大于20%、60%和40%左右或最小剩余截面积相对值和面积点蚀因子分别小于40%和60%左右时，屈服平台基本消失；轻度锈蚀钢筋可以利用均匀和非均匀锈蚀特征参数来描述应力应变关系曲线，而重度锈蚀钢筋采用非均匀锈蚀特征参数来描述应力应变关系曲线更合理。
开展了45个混凝土试件中135根加速锈蚀钢筋的单轴拉伸试验，分别建立了均匀/非均匀锈蚀特征参数与锈蚀钢筋的力学性能参数和变形性能参数之间的定量关系，进而提出了基于均匀/非均匀锈蚀特征参数的锈蚀钢筋应力应变关系模型。结果表明：锈蚀钢筋的力学和变形性能参数与锈蚀特征参数之间的相关性较大，随着质量锈蚀率、最大截面锈蚀率和最大锈蚀深度相对值的增加呈现线性减小趋势，而随着最小剩余截面积相对值和面积点蚀因子的增大呈现线性增大趋势；随着钢筋锈蚀程度的增加，锈蚀钢筋的屈服平台会出现明显退化现象，当质量锈蚀率、最大截面锈蚀率和最大锈蚀深度相对值分别大于20%、60%和40%左右或最小剩余截面积相对值和面积点蚀因子分别小于40%和60%左右时，屈服平台基本消失；轻度锈蚀钢筋可以利用均匀和非均匀锈蚀特征参数来描述应力应变关系曲线，而重度锈蚀钢筋采用非均匀锈蚀特征参数来描述应力应变关系曲线更合理。
2019, 41(6):104-110.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.130
摘要:
将废弃轮胎作为建筑材料应用在土木工程领域是对其回收处理最有前景的方法之一。为了研究轮胎橡胶颗粒改良砂土的效果，选取橡胶颗粒与福建砂的混合土为研究对象，研究了橡胶砂的压缩和抗剪特性，分析了橡胶含量与干湿状态对橡胶砂力学特性的影响，并建立了双曲线模型预测橡胶砂受剪过程的剪应力与剪切位移关系。结果表明：橡胶砂的压缩变形随橡胶含量增大而增大，饱和橡胶砂的压缩变形明显大于干燥橡胶砂；橡胶砂的剪应力剪切位移曲线表现出应变硬化特征；橡胶砂的抗剪强度与橡胶含量的关系不大；干燥试样内摩擦角随着橡胶含量的增大而降低，饱和试样的内摩擦角随着橡胶含量的增大而轻微升高；通过双曲线模型预测的剪应力剪切位移关系曲线与试验结果吻合。
将废弃轮胎作为建筑材料应用在土木工程领域是对其回收处理最有前景的方法之一。为了研究轮胎橡胶颗粒改良砂土的效果，选取橡胶颗粒与福建砂的混合土为研究对象，研究了橡胶砂的压缩和抗剪特性，分析了橡胶含量与干湿状态对橡胶砂力学特性的影响，并建立了双曲线模型预测橡胶砂受剪过程的剪应力与剪切位移关系。结果表明：橡胶砂的压缩变形随橡胶含量增大而增大，饱和橡胶砂的压缩变形明显大于干燥橡胶砂；橡胶砂的剪应力剪切位移曲线表现出应变硬化特征；橡胶砂的抗剪强度与橡胶含量的关系不大；干燥试样内摩擦角随着橡胶含量的增大而降低，饱和试样的内摩擦角随着橡胶含量的增大而轻微升高；通过双曲线模型预测的剪应力剪切位移关系曲线与试验结果吻合。
2019, 41(6):111-117.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.129
摘要:
对早龄期低钙粉煤灰基地聚物混凝土拉伸徐变特性的把握，能够为受拉状态地聚物混凝土的应力解析及开裂预测提供重要的参数依据。采用自制混凝土拉伸徐变试验装置，通过恒定应力下的混凝土拉伸徐变试验获取混凝土比徐变、徐变增长速率等徐变特性，研究不同初始加载龄期（2、3、4 d）对低钙粉煤灰基地聚物混凝土拉伸徐变的影响。结果表明：高温密封养护可以使低钙粉煤灰基地聚物混凝土短时间内达到强度稳定状态；低钙粉煤灰基地聚物混凝土的拉伸徐变特性与普通水泥混凝土相似，试验初期阶段徐变增长速率较快，随持荷时间的增加，徐变增长速率迅速下降；在同一应力强度比下，初始加载龄期越大，比徐变越小，试验初期阶段的徐变增长速率也越小；相较于试验中期阶段与后期阶段，初始加载龄期对试验初期阶段的徐变影响更大。
对早龄期低钙粉煤灰基地聚物混凝土拉伸徐变特性的把握，能够为受拉状态地聚物混凝土的应力解析及开裂预测提供重要的参数依据。采用自制混凝土拉伸徐变试验装置，通过恒定应力下的混凝土拉伸徐变试验获取混凝土比徐变、徐变增长速率等徐变特性，研究不同初始加载龄期（2、3、4 d）对低钙粉煤灰基地聚物混凝土拉伸徐变的影响。结果表明：高温密封养护可以使低钙粉煤灰基地聚物混凝土短时间内达到强度稳定状态；低钙粉煤灰基地聚物混凝土的拉伸徐变特性与普通水泥混凝土相似，试验初期阶段徐变增长速率较快，随持荷时间的增加，徐变增长速率迅速下降；在同一应力强度比下，初始加载龄期越大，比徐变越小，试验初期阶段的徐变增长速率也越小；相较于试验中期阶段与后期阶段，初始加载龄期对试验初期阶段的徐变影响更大。
2019, 41(6):118-126.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.126
摘要:
提出一种适用于快速施工的新型矩管混凝土柱-SRC梁型钢贯通节点形式。参考实际两种建筑规格，设计4个节点试件，基于拟静力荷载试验，探讨节点试件抗震性能，分析各试件的破坏现象、滞回性能、刚度、延性及耗能能力等抗震性能。结果表明：节点的破坏形态为梁端混凝土压坏，型钢翼缘屈曲，形成塑性铰；试件的滞回曲线相对饱满，刚度退化明显，延性系数在2.33~3.8之间，等效黏滞阻尼系数在0.283~0.4之间。与已有节点对比，新型节点刚度大，同时避免了核心混凝土浇筑困难的问题。
提出一种适用于快速施工的新型矩管混凝土柱-SRC梁型钢贯通节点形式。参考实际两种建筑规格，设计4个节点试件，基于拟静力荷载试验，探讨节点试件抗震性能，分析各试件的破坏现象、滞回性能、刚度、延性及耗能能力等抗震性能。结果表明：节点的破坏形态为梁端混凝土压坏，型钢翼缘屈曲，形成塑性铰；试件的滞回曲线相对饱满，刚度退化明显，延性系数在2.33~3.8之间，等效黏滞阻尼系数在0.283~0.4之间。与已有节点对比，新型节点刚度大，同时避免了核心混凝土浇筑困难的问题。
2019, 41(6):127-134.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.127
摘要:
收缩徐变作用导致混凝土叠合梁挠度增加，从而影响构件的力学性能。为了研究收缩徐变作用下混凝土叠合梁挠度增加规律，建立了收缩徐变作用下混凝土叠合梁挠度计算方法，与数值模拟进行比较，结果相近。运用该方法对混凝土叠合梁的加载龄期、应力水平进行敏感性分析，结果表明：应力水平不同时，混凝土叠合梁挠度随加载龄期呈现不同变化趋势，应力水平较低时，挠度随加载龄期增大而增大，反之，挠度随加载龄期增大而减小；混凝土叠合梁叠合面处的徐变微差相对收缩微差较小，叠合面处预制和现浇混凝土变形不一致引起的挠度主要由收缩不一致引起。
收缩徐变作用导致混凝土叠合梁挠度增加，从而影响构件的力学性能。为了研究收缩徐变作用下混凝土叠合梁挠度增加规律，建立了收缩徐变作用下混凝土叠合梁挠度计算方法，与数值模拟进行比较，结果相近。运用该方法对混凝土叠合梁的加载龄期、应力水平进行敏感性分析，结果表明：应力水平不同时，混凝土叠合梁挠度随加载龄期呈现不同变化趋势，应力水平较低时，挠度随加载龄期增大而增大，反之，挠度随加载龄期增大而减小；混凝土叠合梁叠合面处的徐变微差相对收缩微差较小，叠合面处预制和现浇混凝土变形不一致引起的挠度主要由收缩不一致引起。
2019, 41(6):135-142.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.113
摘要:
钢筋混凝土剪力墙的钢筋数量较多而直径较小，装配时钢筋的连接工作量大且质量不易保证，纵筋合并连接是一种可能的解决方案。基于剪力墙截面设计方法分析了纵筋合并连接的可行性；通过3个剪力墙试件的拟静力试验验证了纵筋合并连接的有效性；采用有限元模拟方法分析了不同纵筋合并连接的装配式钢筋混凝土剪力墙受力性能。结果表明：当连接钢筋截面面积（强度）不小于原配筋截面面积（强度）且沿墙长均匀分布时，纵筋合并连接的装配式钢筋混凝土剪力墙仍表现出较好的抗震性能；边缘构件纵筋合并连接的剪力墙延性可能降低，宜慎重采用；分布钢筋采用合并连接对剪力墙的平面内受力性能影响较小，是一种较合理的合并连接方式，但连接钢筋布置位置宜沿墙长均匀分布，而不应集中于中性轴附近；未考虑纵筋合并连接对装配式钢筋混凝土剪力墙平面外受力性能、墙体抗裂性能及抗冲击能力等的削弱，因此，在应用时要考虑到此局限性。
钢筋混凝土剪力墙的钢筋数量较多而直径较小，装配时钢筋的连接工作量大且质量不易保证，纵筋合并连接是一种可能的解决方案。基于剪力墙截面设计方法分析了纵筋合并连接的可行性；通过3个剪力墙试件的拟静力试验验证了纵筋合并连接的有效性；采用有限元模拟方法分析了不同纵筋合并连接的装配式钢筋混凝土剪力墙受力性能。结果表明：当连接钢筋截面面积（强度）不小于原配筋截面面积（强度）且沿墙长均匀分布时，纵筋合并连接的装配式钢筋混凝土剪力墙仍表现出较好的抗震性能；边缘构件纵筋合并连接的剪力墙延性可能降低，宜慎重采用；分布钢筋采用合并连接对剪力墙的平面内受力性能影响较小，是一种较合理的合并连接方式，但连接钢筋布置位置宜沿墙长均匀分布，而不应集中于中性轴附近；未考虑纵筋合并连接对装配式钢筋混凝土剪力墙平面外受力性能、墙体抗裂性能及抗冲击能力等的削弱，因此，在应用时要考虑到此局限性。
2019, 41(6):143-151.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.128
摘要:
为研究再生粗骨料替代率、废弃纤维体积掺入量对废弃纤维再生混凝土受压徐变破坏时间、徐变变形和徐变度的影响规律，对普通混凝土、再生混凝土和废弃纤维再生混凝土试件在实验室条件下进行了85%、90%和95%应力水平的徐变试验。试验结果表明：随着再生粗骨料替代率的增加，徐变破坏的时间缩短、徐变变形及徐变度增大；随着废弃纤维体积掺入量的增加，徐变变形及徐变度减小，徐变破坏时间增加。废弃纤维的加入能有效缓解再生混凝土受压徐变的破坏程度。在考虑再生粗骨料替代率及废弃纤维体积掺入量的基础上，对ACI209R徐变预测模型进行修正，模型预测结果与试验值吻合较好。
为研究再生粗骨料替代率、废弃纤维体积掺入量对废弃纤维再生混凝土受压徐变破坏时间、徐变变形和徐变度的影响规律，对普通混凝土、再生混凝土和废弃纤维再生混凝土试件在实验室条件下进行了85%、90%和95%应力水平的徐变试验。试验结果表明：随着再生粗骨料替代率的增加，徐变破坏的时间缩短、徐变变形及徐变度增大；随着废弃纤维体积掺入量的增加，徐变变形及徐变度减小，徐变破坏时间增加。废弃纤维的加入能有效缓解再生混凝土受压徐变的破坏程度。在考虑再生粗骨料替代率及废弃纤维体积掺入量的基础上，对ACI209R徐变预测模型进行修正，模型预测结果与试验值吻合较好。
2019, 41(6):152-157.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.136
摘要:
强台风形成的巨浪、风暴潮对跨海桥梁的安全造成了严重威胁，为探讨台风风暴潮、浪共同作用下中小型跨海桥梁上部结构和下部结构的破坏机理及台风风暴潮期间不同水位下的波浪对下部结构的作用规律，开展了台风风暴潮、浪共同作用下中小型跨海桥梁破坏形式调研，发现风暴潮、浪作用下中小型跨海桥梁上部结构的破坏形式主要有梁体离位、梁体脱落和梁体断裂，主要原因为梁体被迫发生无约束运动；下部结构破坏主要表现为结构偏移、倒塌以及盖梁连接失效破坏，主要原因为水动力作用较强及上部结构撞击。通过CFD三维数值模拟研究了桥梁下部结构波浪荷载，给出了考虑风暴潮水位下波浪冲击桥墩的经验公式。根据调研及数值模拟，提出了设计及施工建议。
强台风形成的巨浪、风暴潮对跨海桥梁的安全造成了严重威胁，为探讨台风风暴潮、浪共同作用下中小型跨海桥梁上部结构和下部结构的破坏机理及台风风暴潮期间不同水位下的波浪对下部结构的作用规律，开展了台风风暴潮、浪共同作用下中小型跨海桥梁破坏形式调研，发现风暴潮、浪作用下中小型跨海桥梁上部结构的破坏形式主要有梁体离位、梁体脱落和梁体断裂，主要原因为梁体被迫发生无约束运动；下部结构破坏主要表现为结构偏移、倒塌以及盖梁连接失效破坏，主要原因为水动力作用较强及上部结构撞击。通过CFD三维数值模拟研究了桥梁下部结构波浪荷载，给出了考虑风暴潮水位下波浪冲击桥墩的经验公式。根据调研及数值模拟，提出了设计及施工建议。
2019, 41(6):158-166.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.118
摘要:
地铁站的通风空调系统能耗占比较高，温和地区地铁站设备与管理用房通风空调系统装机容量大，为节能重点。地铁站设备与管理用房通风空调系统的设计呈现“模块化”特点，其设计、运行中存在的问题尚不清晰。2018年11月，对昆明市3座地下车站设备与管理用房室内热环境开展实测，测试参数包括各房间的送、排风量，空调送风温度，通风送风温度，通风排风温度。实测数据表明：各房间送、排风量，换气次数与设计值差异较大；空调房间的换气次数普遍远高于规范规定的最小值；新风井处的新风温度不能代表各房间的送风温度，送风机及风管传热导致的温升不可忽略；房间室内温度普遍偏低，其中，有人员常驻的房间室内温度集中分布在20~24℃，无人员常驻的空调房间室内温度最低，且存在较多低于规范规定范围下限的情况，非空调房间室内温度受室内发热量、换气次数、室外气象影响明显。
地铁站的通风空调系统能耗占比较高，温和地区地铁站设备与管理用房通风空调系统装机容量大，为节能重点。地铁站设备与管理用房通风空调系统的设计呈现“模块化”特点，其设计、运行中存在的问题尚不清晰。2018年11月，对昆明市3座地下车站设备与管理用房室内热环境开展实测，测试参数包括各房间的送、排风量，空调送风温度，通风送风温度，通风排风温度。实测数据表明：各房间送、排风量，换气次数与设计值差异较大；空调房间的换气次数普遍远高于规范规定的最小值；新风井处的新风温度不能代表各房间的送风温度，送风机及风管传热导致的温升不可忽略；房间室内温度普遍偏低，其中，有人员常驻的房间室内温度集中分布在20~24℃，无人员常驻的空调房间室内温度最低，且存在较多低于规范规定范围下限的情况，非空调房间室内温度受室内发热量、换气次数、室外气象影响明显。
2019, 41(6):167-173.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.119
摘要:
把聚合氯化铝（PAC）、微生物絮凝剂（Microbial flocculant，MBF）、颗粒活性炭（GAC）投加到反应器中可以加快好氧颗粒污泥形成和提升其结构稳定性。扫描电镜（SEM）结果显示，对照组和MBF组好氧颗粒污泥外部呈网状疏松结构，而PAC组和GAC组颗粒表面结构致密。胞外聚合物（EPS）荧光原位染色表明，EPS主要结构组分中的蛋白和β多糖在对照组和MBF组中均为均匀分布，这两组颗粒形成机理符合“EPS假说”；PAC强化型颗粒形成了“蛋白外壳β多糖内核双层构造”，GAC组的颗粒内部有高密度蛋白包裹着颗粒活性炭，这两组颗粒污泥的形成机理更符合“晶核假说”。结构完整性实验表明：PAC、MBF、GAC都可以显著提升好氧颗粒污泥抗水力剪切能力；抗水解酶强弱顺序依次为PAC组 > GAC组 > MBF组 > 对照组。
把聚合氯化铝（PAC）、微生物絮凝剂（Microbial flocculant，MBF）、颗粒活性炭（GAC）投加到反应器中可以加快好氧颗粒污泥形成和提升其结构稳定性。扫描电镜（SEM）结果显示，对照组和MBF组好氧颗粒污泥外部呈网状疏松结构，而PAC组和GAC组颗粒表面结构致密。胞外聚合物（EPS）荧光原位染色表明，EPS主要结构组分中的蛋白和β多糖在对照组和MBF组中均为均匀分布，这两组颗粒形成机理符合“EPS假说”；PAC强化型颗粒形成了“蛋白外壳β多糖内核双层构造”，GAC组的颗粒内部有高密度蛋白包裹着颗粒活性炭，这两组颗粒污泥的形成机理更符合“晶核假说”。结构完整性实验表明：PAC、MBF、GAC都可以显著提升好氧颗粒污泥抗水力剪切能力；抗水解酶强弱顺序依次为PAC组 > GAC组 > MBF组 > 对照组。
2019, 41(6):174-180.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.114
摘要:
为实现城市垃圾焚烧底渣的高效再生利用，进行了底渣及其再生微粉的物理、化学性质实验，采用不同比例底渣再生微粉替代水泥进行胶砂强度实验。结果表明：垃圾焚烧底渣再生微粉相比水泥材质更轻、颗粒更小、更均匀；再生微粉中以氧化物形式存在的Si、Al和Ca约占底渣总质量的70%，与水泥的化学成分组成类似，但SiO2、Al2O3含量较高，而CaO含量较低。再生微粉内掺替代水泥的胶砂抗压、抗折强度均随替代比例的增加呈下降趋势；内掺30%时，再生微粉的强度活性指数可达55%以上，说明再生微粉具有一定的凝胶活性。此外，底渣再生微粉的掺加对胶砂早期强度的影响较小，随再生微粉掺量的增加，胶砂强度前期增长速度变慢，后期强度出现较大幅度的降低。
为实现城市垃圾焚烧底渣的高效再生利用，进行了底渣及其再生微粉的物理、化学性质实验，采用不同比例底渣再生微粉替代水泥进行胶砂强度实验。结果表明：垃圾焚烧底渣再生微粉相比水泥材质更轻、颗粒更小、更均匀；再生微粉中以氧化物形式存在的Si、Al和Ca约占底渣总质量的70%，与水泥的化学成分组成类似，但SiO2、Al2O3含量较高，而CaO含量较低。再生微粉内掺替代水泥的胶砂抗压、抗折强度均随替代比例的增加呈下降趋势；内掺30%时，再生微粉的强度活性指数可达55%以上，说明再生微粉具有一定的凝胶活性。此外，底渣再生微粉的掺加对胶砂早期强度的影响较小，随再生微粉掺量的增加，胶砂强度前期增长速度变慢，后期强度出现较大幅度的降低。
2019, 41(6):181-188.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.120
摘要:
催化机理是催化反应过程中的一大重要问题。为研究可见光催化氧化去除NO的反应机理，提高大气中NO去除效率，将BiOI中的Bi3+部分还原为金属Bi沉积在BiOI纳米片表面，合成Bi/BiOI纳米级微球光催化剂。通过一系列表征分析发现，金属Bi沉积在BiOI表面后，催化剂的微观结构和光学性质都有明显变化。与纯相的BiOI相比，制备的Bi/BiOI催化剂对气态NO表现出更优异的可见光催化去除活性。通过金属Bi的表面等离子体共振，引起高效可见光吸收和电子空穴对分离。同时，运用原位红外光谱动态监测Bi/BiOI光催化氧化NO的反应过程，结合自由基捕获结果，从分子层面揭示其反应产物，并结合表面等离子体共振提出Bi/BiOI光催化作用机理。
催化机理是催化反应过程中的一大重要问题。为研究可见光催化氧化去除NO的反应机理，提高大气中NO去除效率，将BiOI中的Bi3+部分还原为金属Bi沉积在BiOI纳米片表面，合成Bi/BiOI纳米级微球光催化剂。通过一系列表征分析发现，金属Bi沉积在BiOI表面后，催化剂的微观结构和光学性质都有明显变化。与纯相的BiOI相比，制备的Bi/BiOI催化剂对气态NO表现出更优异的可见光催化去除活性。通过金属Bi的表面等离子体共振，引起高效可见光吸收和电子空穴对分离。同时，运用原位红外光谱动态监测Bi/BiOI光催化氧化NO的反应过程，结合自由基捕获结果，从分子层面揭示其反应产物，并结合表面等离子体共振提出Bi/BiOI光催化作用机理。
