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哈尔滨工业大学学报 2025年第1期57卷 110-119页

作者：魏嘉奇李明越姜洪斌哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090 结构工程灾变与控制教育部重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150090

传统灌浆套筒制造过程繁琐、原材料成本高且灌浆质量难以保证,限制了中国预制装配式建筑的推广。为促进建筑行业的经济、环保和高效发展,本课题组研发了一种新型钢筋灌浆套筒连接技术,采用了“滚压螺旋肋灌浆套筒”和“类宾汉流体灌浆料... 详细信息

传统灌浆套筒制造过程繁琐、原材料成本高且灌浆质量难以保证,限制了中国预制装配式建筑的推广。为促进建筑行业的经济、环保和高效发展,本课题组研发了一种新型钢筋灌浆套筒连接技术,采用了“滚压螺旋肋灌浆套筒”和“类宾汉流体灌浆料”,钢筋与灌浆料、灌浆料与套筒之间形成了更加紧密的机械锁合,显著提高了构件连接后的承载力。该技术具有成本低廉、施工简便、灌浆质量易于保证等优点。为了探究该连接体系下钢筋的最小锚固长度及钢筋对中对接与偏置对接在连接性能上的差异,通过对34个接头试件进行单向拉伸试验,分析了试件的破坏模式及各项结构性能指标。研究结果表明:钢筋在套筒内部偏置对接与对中对接在连接性能上差别不大;滚压套筒内的内凸肋显著增强了对灌浆料滑移的阻抗作用,可提供足够的黏结锚固以达到连接性能要求。初步结果显示,在该连接方式下钢筋的最小锚固长度可采用10倍钢筋直径,并采用偏置对接方式。

关键词：螺旋肋灌浆套筒钢筋偏置对接单拉试验锚固长度黏结强度

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滚压螺旋肋灌浆套筒对中搭接性能试验及有限元分析

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哈尔滨工业大学学报 2024年第10期56卷 90-100页

作者：刘力瑞姜洪斌马福金代琳瑶哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090 结构工程灾变与控制教育部重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150090

为响应发展新型、节能、高效的建造方式的要求,提出一种采用滚压加工工艺加工无缝钢管制作而成的螺旋肋套筒,该种套筒具有造价低、制造工艺和施工技术简单的优点,并且加工而成的螺旋肋可大幅提高套筒与灌浆料之间的机械咬合力。在传统... 详细信息

为响应发展新型、节能、高效的建造方式的要求,提出一种采用滚压加工工艺加工无缝钢管制作而成的螺旋肋套筒,该种套筒具有造价低、制造工艺和施工技术简单的优点,并且加工而成的螺旋肋可大幅提高套筒与灌浆料之间的机械咬合力。在传统灌浆套筒连接接头性能研究的基础上,创新性地提出一种对中搭接套筒连接形式,并采用螺旋肋套筒制作了14个对中搭接灌浆套筒试件,进行单向拉伸试验研究其力学性能。此外,利用ABAQUS进行灌浆套筒试件的有限元模拟,并与试验结果进行对比分析。结果表明:套筒连接试件搭接长度取10d时具有足够的锚固性能;套筒内部钢筋应变随距加载端距离的增加而迅速减小,并随外荷载的增加而增大;滚压螺旋肋套筒表面各位置应变均较小,套筒具有足够的安全冗余,靠近钢筋侧的轴向应变大于其他位置,且在套筒中部以轴向拉应变为主,套筒端部以环向拉应变为主;有限元模拟结果与试验结果吻合度较高,模型对于该实验具有一定的适用性。

关键词：灌浆套筒螺旋肋对中搭接单向拉伸试验有限元分析

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模拟海水-海砂混凝土环境下连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料杆层间剪切性能的演化

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复合材料学报 2024年第1期41卷 323-332页

作者：周平白艳博李承高董少策咸贵军哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

连续玻璃纤维增强聚丙烯(GFRPP)复合材料杆集成了热塑性树脂可多次成型、环境友好、可回收利用和玻璃纤维高应变、低成本等优点,在混凝土结构领域,GFRPP复合材料有望替代钢筋和热固性纤维增强聚合物(FRP)筋成为新型热塑性复合材料。本... 详细信息

连续玻璃纤维增强聚丙烯(GFRPP)复合材料杆集成了热塑性树脂可多次成型、环境友好、可回收利用和玻璃纤维高应变、低成本等优点,在混凝土结构领域,GFRPP复合材料有望替代钢筋和热固性纤维增强聚合物(FRP)筋成为新型热塑性复合材料。本文采用加速实验研究了模拟海水-海砂混凝土环境下GFRPP杆的水吸收及层间剪切性能长期演化规律与退化机制。研究结果表明:GFRPP杆吸水行为符合Fick定律,21℃、40℃和60℃浸泡温度下GFRPP杆的饱和吸水率分别为0.63%、0.78%和0.81%;经120天21℃、40℃和60℃模拟海水-海砂混凝土孔溶液浸泡后,GFRPP杆层间剪切强度保留率分别为80.5%、72.8%和66.5%。最后,结合SEM和FTIR表征技术,揭示模拟海水-海砂混凝土孔溶液浸泡下GFRPP杆性能退化机制。

关键词： GFRPP杆层间剪切强度海水-海砂混凝土湿热老化机制吸水率

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生物炭对碳化钢渣活性提升的机理研究

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建筑材料学报 2024年第10期27卷 962-968页

作者：李林珊陈铁锋高小建哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090 哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150090

针对湿法碳化钢渣存在的水化活性受抑制以及固碳量不高等问题,提出了添加生物炭进行改性的研究思路.结果表明:生物炭有效提升了碳化钢渣的水化活性与CO_(2)反应性;与仅使用碳化钢渣的样品相比,利用生物碳和湿法碳化钢渣协同制备的活性... 详细信息

针对湿法碳化钢渣存在的水化活性受抑制以及固碳量不高等问题,提出了添加生物炭进行改性的研究思路.结果表明:生物炭有效提升了碳化钢渣的水化活性与CO_(2)反应性;与仅使用碳化钢渣的样品相比,利用生物碳和湿法碳化钢渣协同制备的活性矿物浆料,试件在7 d时的抗压强大提升了21.5%,CaCO_(3)的含量增加了25.1%;生物炭与湿法碳化钢渣协同作用有效地细化了试件的孔结构,增加了水化产物的含量且加速了早期的水化放热,因此钢渣的水化活性得到进一步提高;生物炭独特的疏松多孔结构有利于CaCO_(3)在试件孔隙中均匀沉淀,使CaCO_(3)的成核效应和填充效应得以更好地发挥.

关键词：湿法碳化钢渣生物炭活性

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组合碟簧自复位防屈曲支撑滞回性能试验

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哈尔滨工业大学学报 2024年第2期56卷 1-9页

作者：丁玉坤郑帅康结构工程灾变与控制教育部重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150090 土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

为控制防屈曲支撑(BRB)的残余变形,采用碟簧自复位系统(DS)和BRB并联形成自复位防屈曲支撑(SBRB)。通过拟静力试验考察组合碟簧刚度、端部连接、复位比率等对SBRB滞回性能的影响。结果表明:与BRB相比,SBRB的残余变形大幅降低;SBRB表现... 详细信息

为控制防屈曲支撑(BRB)的残余变形,采用碟簧自复位系统(DS)和BRB并联形成自复位防屈曲支撑(SBRB)。通过拟静力试验考察组合碟簧刚度、端部连接、复位比率等对SBRB滞回性能的影响。结果表明:与BRB相比,SBRB的残余变形大幅降低;SBRB表现出旗型的滞回曲线,试验后期钢板支撑受拉断裂,其他部件保持完好;SBRB试件中DS部分和BRB部分分别是承载力和累积耗能的主要来源;由于组合碟簧间的摩擦等作用,DS部分的耗能占整个SBRB耗能的23%~36%;其他构造相同时,采用组合碟簧刚度较大的DS部分启动后承载力增幅较多,且DS部分启动力较大的复位比率也较大,残余变形更小。总体上,端部连接形式对残余变形影响不大,刚接SBRB试件因承受额外的端部弯矩,钢板支撑断裂更早,铰接SBRB试件表现出更好的耗能能力。随复位比率增大,SBRB的残余变形逐渐减小,为有效地控制支撑残余变形,同时避免对DS部分要求过高,复位比率宜取0.7~0.9。

关键词：自复位防屈曲支撑组合碟簧滞回性能端部连接复位比率残余变形

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尼龙6填料对碳纤维-环氧树脂复合材料力学与摩擦磨损性能的提升机制

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复合材料学报 2023年第9期40卷 5011-5025页

作者：田经纬白艳博李承高咸贵军哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

碳纤维-环氧树脂复合材料具有高强高模、耐腐蚀、抗疲劳等优异性能,作为结构材料被广泛用于土木工程中。尼龙6具有良好的断裂韧性、自润滑性、减摩耐磨性等优点,将其作为填料加入至短切碳纤维-环氧树脂复合材料中有望大幅提升材料的力... 详细信息

碳纤维-环氧树脂复合材料具有高强高模、耐腐蚀、抗疲劳等优异性能,作为结构材料被广泛用于土木工程中。尼龙6具有良好的断裂韧性、自润滑性、减摩耐磨性等优点,将其作为填料加入至短切碳纤维-环氧树脂复合材料中有望大幅提升材料的力学和摩擦磨损性能。本文采用尼龙6改性短切碳纤维-环氧树脂复合材料,基于树脂基体优选方法制备了一种力学性能优异、耐高温且具有低摩擦系数和低磨损速率的高性能复合材料。试验研究了添加尼龙6对复合材料的热、力学及摩擦磨损性能的影响,结合微观形貌与结构分析,揭示了尼龙6对复合材料性能提升机制。研究发现,添加7.5wt%尼龙6后,复合材料的拉伸断裂韧性提升了199%,断裂破坏模式由脆性断裂转变为韧性断裂,拉伸断口形貌由“平原状”转变为“沟壑状”,玻璃化转变温度提升了15.2℃。添加10wt%尼龙6可以显著降低复合材料的摩擦系数(~80%)、磨损速率(~53%)、划痕宽度(~22%)、线粗糙度(~15%),耐磨损性能提升机制归因于尼龙6可在摩擦表面协助形成一层均匀致密的润滑隔离膜,使磨损类型由严重的疲劳磨损变为轻微的粘着磨损或磨粒磨损。

关键词：复合材料环氧树脂碳纤维尼龙6 力学性能摩擦磨损性能磨损机制

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考虑地震事件内空间相关性的区域概率地震危险性分析

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工程力学 2024年第S01期41卷 117-128页

作者：丁佳伟吕大刚曹正罡哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院智能防灾减灾工业与信息化部重点实验室黑龙江哈尔滨150090

一次地震事件不同地点的地震动强度参数与结构响应参数之间是空间相关的,相关的地震效应将导致地震损失急剧集中与积累,从而造成灾难性事件,但是现有的区域尺度地震风险评估并没有考虑地震动的空间相关性。该文采用地统计学方法表征地... 详细信息

一次地震事件不同地点的地震动强度参数与结构响应参数之间是空间相关的,相关的地震效应将导致地震损失急剧集中与积累,从而造成灾难性事件,但是现有的区域尺度地震风险评估并没有考虑地震动的空间相关性。该文采用地统计学方法表征地震事件内地震动强度参数的空间相关性,提出了理论半变异函数的几何稳健估计方法,并采用加权最小二乘法实现对短距离空间相关性的准确高效评估。以新潟越冲地震为例,基于指数半变异函数模型,采用加权最小二乘法对几何稳健估计半变异函数值进行拟合,得到了PGA、PGV和0 s~10 s谱加速度的空间相关性函数,提出了变程b值的预测模型,结果表明:相比于短周期谱加速度,长周期谱加速度的空间相关性衰减速率更小,且在T=0.45 s处存在拐点。将所开发的空间相关性模型应用于区域概率地震危险性分析,采用Monte Carlo方法实现了空间相关随机场的区域地震动强度参数的模拟,改进了传统区域地震危险性分析的方法,发现绝大多数情况下考虑空间相关性的年超越概率大于未考虑空间相关性的年超越概率,表明考虑空间相关性对于建筑群落及基础设施风险评估、韧性城市建设等具有重要的指导意义。

关键词：事件内残差空间相关性几何稳健估计加权最小二乘法半变异函数区域危险性分析

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双壁波纹钢管混凝土构件短柱轴压力学性能

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哈尔滨工业大学学报 2025年第1期57卷 56-64页

作者：路博崔燕方勇王玉银李豪哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090 结构工程灾变与控制教育部重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150090 深圳市市政设计研究院有限公司广东深圳518029

为改善空心钢筋混凝土柱(HRC)的使用与受力性能,提出一种双壁波纹钢管混凝土(CFDCST)构件。本文共进行了4个大尺寸双壁波纹钢管混凝土短柱与2个空心钢筋混凝土短柱的轴压试验,关键试验参数为试件类型与波纹钢管类型。分析构件的破坏模式... 详细信息

为改善空心钢筋混凝土柱(HRC)的使用与受力性能,提出一种双壁波纹钢管混凝土(CFDCST)构件。本文共进行了4个大尺寸双壁波纹钢管混凝土短柱与2个空心钢筋混凝土短柱的轴压试验,关键试验参数为试件类型与波纹钢管类型。分析构件的破坏模式,对比不同参数下构件的承载力、峰值应变、延性系数等关键力学指标,获得荷载-波纹钢管应变关系曲线以揭示试件的约束机理并验证外波纹钢管类型的影响。试验结果表明:外波纹钢管可为夹层混凝土提供约束作用,且螺旋角越小,外波纹钢管的约束作用越强;内波纹钢管则主要为夹层混凝土内壁提供有效支撑,以保持截面的完整性。名义约束效应系数与空心率相近时,由于咬口滑移影响,大螺旋角双壁波纹钢管混凝土比小螺旋角双壁波纹钢管混凝土的峰值应力、峰值应变与延性系数分别降低15.5%、21.8%与16.7%。在总用钢量相近的情况下,小螺旋角双壁波纹钢管混凝土柱的承载力、峰值应变与延性系数分别比空心钢筋混凝土柱提高10.6%、36.2%与50.0%。基于试验结果,检验了3种典型承载力公式的适用性,并提出了相应设计建议。

关键词：组合结构空心钢筋混凝土波纹钢管双壁构件约束机理

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基于代理模型的方形凹角截面超高层建筑气动外形优化

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土木工程学报 2023年第4期56卷 1-11页

作者：王兆勇郑朝荣 Mulyanto Joshua Adriel 武岳哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090 哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150090

采用CFD数值模拟和基于代理模型的优化方法,研究方形凹角截面超高层建筑在多参数设计空间内的平面外形气动优化问题。首先,选取凹角率、凹角角度和凹角个数作为设计参数并考虑风向角的影响,基于最优拉丁超立方设计和非定常RANS方法获得... 详细信息

采用CFD数值模拟和基于代理模型的优化方法,研究方形凹角截面超高层建筑在多参数设计空间内的平面外形气动优化问题。首先,选取凹角率、凹角角度和凹角个数作为设计参数并考虑风向角的影响,基于最优拉丁超立方设计和非定常RANS方法获得初始样本点的气动力系数;其次,基于遗传算法(GA)和广义回归神经网络(GRNN)方法构建能准确预测设计参数与气动力系数之间复杂关系的代理模型;再次,以最小气动力系数为目标,利用GA-GRNN代理模型及其更新策略和非支配排序遗传算法在整个设计空间内寻优,确定全风向角下方形凹角截面的最优气动外形;最后,探讨凹角修正对截面气动性能的影响机理。结果表明,基于GA-GRNN代理模型的优化方法在气动外形优化方面具有较高的预测精度和计算效率;全风向角下的最优气动外形截面的凹角率为18.5%、凹角角度为70.4°、凹角个数为5,相比方形截面,该截面可使平均阻力系数和均方根升力系数最多分别减小53.4%和70.5%。该方法可为建筑结构气动外形优化及相关研究提供重要参考。

关键词：超高层建筑气动外形优化代理模型 CFD数值模拟凹角

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湿热老化对碳纤维增强复合材料力学和摩擦磨损性能的影响

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复合材料学报 2025年第4期42卷 1872-1884页

作者：田经纬齐肖郭瑞咸贵军哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨工业大学土木工程学院长三角碳纤维及复合材料技术创新中心

碳纤维增强复合材料(CFRP)具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳、耐磨损等优点，已经成为新型的先进海洋工程结构材料。本文研究了湿热老化对CFRP热/力学(拉伸、弯曲、短梁剪切性能)和摩擦磨损性能影响规律，结合微观形貌与结构分析，揭示C... 详细信息

碳纤维增强复合材料(CFRP)具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳、耐磨损等优点，已经成为新型的先进海洋工程结构材料。本文研究了湿热老化对CFRP热/力学(拉伸、弯曲、短梁剪切性能)和摩擦磨损性能影响规律，结合微观形貌与结构分析，揭示CFRP在60℃蒸馏水浸泡长达90 d的力学和摩擦磨损性能退化机制。研究发现，湿热老化使得CFRP拉伸、弯曲和短梁剪切强度最大退化幅值为5.8%、13.0%和20.9%，归因于湿热老化过程水分子破坏了树脂高分子树脂链氢键和部分共价键，导致CFRP内部产生缺陷并丧失对纤维束横向约束，最终引起纤维/树脂界面脱粘。此外，湿热环境CFRP热力学和粘弹性行为呈现非线性变化规律，归因于积极的树脂后固化和消极的湿热老化耦合效应。与浸泡前相比，老化15、30、60和90 d后CFRP的平均摩擦系数(COFs)依次降低了23.8%、35.0%、43.7%和53.8%，归因于扩散CFRP内部水分子摩擦过程中充当了摩擦润滑剂，缓解了CFRP/研磨球界面磨损程度；湿热老化90d后CFRP的磨损速率(Ws)和磨损宽度(WSW)较老化前增加了254.6%和114.9%，归因于与树脂基体形成新氢键的水分子处于结合水状态，导致树脂分子链间作用力减小及其内部微裂纹不断萌生，引发严重的疲劳磨损。

关键词：环氧树脂碳纤维复合材料湿热老化力学性能摩擦行为磨损机制

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