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新刊精选 |《建筑结构学报》2019年第1期
2019年第1期导览
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1环境作用下混凝土结构性能演化与控制研究进展
缪昌文1， 顾祥林2,3， 张伟平2,3， 郭弘原2,3
1. 东南大学 材料科学与工程学院
2. 同济大学 工程结构性能演化与控制教育部重点实验室
3. 同济大学 土木工程学院
摘要：以环境作用下混凝土结构的性能演化与控制为主线，对相关研究成果进行回顾与分析。结果表明，经过二十余年的研究，对环境介质的侵蚀机理、锈蚀混凝土构件的受力性能、结构的时变可靠度等基本理论问题有了清晰的认识；开发了钢筋锈蚀监测和检测、混凝土结构电化学和自修复技术；明确了结构全寿命设计与维护的基本概念。但要建立完善的结构全寿命设计与维护理论，未来尚应在研究方法上以不确定性的研究为主，在研究内容上聚焦时变性，充分关注环境作用的时空变异性和材料细观层面的非匀质性。
关键词：混凝土结构； 环境作用； 时变可靠度； 性能退化； 性能控制
2变形钢筋与混凝土黏结性能研究综述
林红威1,2， 赵羽习1
1. 浙江大学 建筑工程学院
2. 清华大学 土木工程系
摘要：从黏结试验方法、黏结强度和黏结应力-滑移本构关系三个方面，对单调及重复荷载作用下钢筋混凝土黏结性能相关研究进行了综述。对于中心拔出试验，钢筋与混凝土的黏结受力状态与实际工程结构有偏差，而梁式或梁端式黏结试验是相对较为理想的黏结试验方法。单调荷载作用下，对于非锈蚀钢筋混凝土，黏结强度以及黏结应力-滑移本构关系的研究均较为完善，成果已在各国或地区规范中体现；对于锈蚀钢筋混凝土，黏结强度劣化规律的研究已有大量数据积累，并已建立了以钢筋锈蚀率或锈胀裂缝宽度为变量的黏结强度劣化模型，但单调荷载作用下锈蚀钢筋混凝土黏结应力-滑移本构关系模型有待进一步完善。重复加载作用下钢筋混凝土黏结滑移性能的研究相对较少。已有研究结果表明：无论钢筋是否锈蚀，重复加载对黏结强度都没有显著影响，但是会导致钢筋和混凝土之间产生残余滑移，随加载次数和应力水平增大呈不断累积增长的趋势。根据目前研究现状，对于劈裂破坏模式下的黏结应力-滑移本构模型、腐蚀电流密度对黏结强度劣化规律的影响，基于表面锈胀裂缝宽度的黏结强度劣化模型、锈蚀钢筋与混凝土在单调及重复荷载作用下的黏结应力-滑移本构模型等，有待进一步研究。
关键词：钢筋锈蚀； 混凝土； 黏结强度； 滑移； 重复加载
专家点评
黏结性能是钢筋混凝土结构的一个基本问题，国内外学者曾经进行了大量的研究。本文作者从黏结试验方法、黏结强度、黏结滑移本构关系以及黏结性能退化等几个方面着眼，对钢筋混凝土黏结性能进行综述和讨论，切入点新颖，为这个传统问题的研究提供了新的视野，扩展了研究手段。文章涉猎范围广泛，对存在问题分析归纳比较透彻，并在此基础上，针对性地指出黏结性能研究领域潜在的研究方向。
3碱激发胶凝材料研究进展
郑文忠， 邹梦娜， 王英
哈尔滨工业大学 结构工程灾变与控制教育部重点实验室
摘要：介绍了碱激发胶凝材料的制备技术和碱激发反应机理，总结了碱激发胶凝材料的工作性能、力学性能、耐久和耐高温特性。分析表明：激发剂的掺量和水玻璃模数是影响碱激发胶凝材料凝结时间和流动度的关键参数，凝结时间介于13~183min之间，终凝时间介于15~215min之间，流动度介于133~230mm之间，可通过改变激发剂的掺量和水玻璃模数使凝结时间和流动性满足不同要求；碱激发胶凝材料具有早强、高强的特点，28d抗压强度可达到60MPa以上，3d抗压强度可达到稳定强度的70%以上；碱激发胶凝材料高温下性能较稳定，在600~800℃的高温下抗压强度可达到常温状态下的60%以上；碱激发胶凝材料具有优异的抗冻融性能，其抗冻等级可达到F300以上；碱激发胶凝材料中由于没有极易遭受侵蚀的水化产物存在，故抗酸腐蚀能力强；碱激发胶凝材料由于孔结构致密，具有良好的抗渗性能。并针对碱激发胶凝材料优选配比和应用所需要解决的收缩、泛霜等问题，对未来研究的方向进行了展望。
关键词：碱激发胶凝材料； 制备技术； 反应机理； 工作性能； 力学性能； 耐久性能
专家点评
该文全面总结了碱激发胶凝材料的现有研究成果和进展，详细介绍了碱激发胶凝材料的制备技术和反应机理，深入分析了碱激发胶凝材料的工作性能、力学性能、耐久性能和耐高温性能及其影响因素，并对碱激发胶凝材料应用所需要解决的问题及未来研究方向进行了论述和展望。文章结构层次合理，文献调研全面充分，数据翔实细致，行文流畅通顺，对碱激发胶凝材料方向的研究可起到很好的指导借鉴作用。
4一种改进的工程结构全寿命设计理论指标体系
王竹君， 夏晋， 金伟良
浙江大学 结构工程研究所
摘要：以结构耐久性为主线，对现有工程结构全寿命设计理论框架进行重组，将结构的全寿命设计目标总结为可靠性目标和可持续性目标两方面，建立了包含安全性、适用性、耐久性、经济影响、环境影响和社会影响等设计目标的全寿命设计体系，并确定了基于结构动态性能的全寿命设计思路。通过建立结构可持续发展指标，解决了现有全寿命设计理论中概念模糊和指标重复的问题，并完善了全寿命成本的内涵。改进后的全寿命设计理论指标体系具有更为完善合理的构架，能够广泛适应各种结构类型和使用情况。
关键词：全寿命设计； 结构耐久性； 动态性能； 可持续性； 全寿命成本
专家点评
文章着眼于工程结构的动态耐久性性能，重构了工程结构全寿命设计理论的框架；明确可靠性指标与可持续发展指标体系，指标明确且概念清晰，可操作性强。重构后的工程结构全寿命设计体系更完善合理、普适性强。论文具有较大的应用价值，对后续的工程结构设计具有很强的指导意义。
5中性盐雾环境锈蚀H型钢柱抗震性能试验研究
徐善华， 张宗星， 苏超， 秦广冲
西安建筑科技大学 土木工程学院
摘要：通过7根锈蚀H型钢柱的低周往复荷载试验，研究锈蚀对H型钢柱破坏形态、承载力、变形、延性、耗能等方面的影响。结果表明: 锈蚀钢柱的翼缘和腹板变形范围及屈曲中心高度呈减小趋势，部分钢柱屈曲中心高度降低了约30%；随着质量损失率增加，滞回环梭型饱满程度越低，所包围的面积越来越小；钢柱的承载力下降明显；钢柱位移延性系数及累积滞回耗能不断减小，并基于试验数据建立了锈蚀H型钢柱位移延性系数的退化模型及累积滞回耗能与循环次数的关系。锈蚀导致钢柱截面面积减小，同时点蚀的存在引起应力集中，减弱了其塑性变形能力。反复荷载作用下，钢柱塑性变形累积，局部屈曲导致承载力下降，抗震性能降低。
关键词：H型钢柱； 锈蚀； 低周往复荷载试验； 抗震性能
专家点评
该稿件根据中性盐雾环境下锈蚀的H型钢柱的滞回试验对H型钢柱锈蚀退化进行了详细的分析，并基于试验数据提出了钢柱滞回耗能和延性系数的退化模型，具有较强的实用性和科学意义。
6基于光纤光栅传感技术的重载铁路预应力混凝土梁疲劳损伤试验研究
宋力1,2， 余志武1,2
1. 中南大学 土木工程学院
2. 高速铁路建造技术国家工程实验室
摘要：基于现有的一般测试方法，结合光纤光栅传感技术，提出了重载铁路预应力混凝土梁疲劳试验测试方法，并通过2根大比例模型梁验证了光纤光栅传感技术在预应力混凝土梁疲劳试验中应用的可行性。试验结果表明：光纤光栅传感器和FRP智能筋表现出精度高、量程大、稳定性好、耐疲劳等优点，在疲劳试验全过程中能够有效测试钢筋与预应力筋的应变；在33t及以上轴重列车荷载长期作用下，32m普通高度全预应力混凝土T形截面梁存在较大的疲劳开裂风险，其疲劳损伤破坏始于最外侧普通钢筋的疲劳破坏断裂，疲劳损伤开裂会引起梁的刚度明显降低和钢筋应力幅显著增加，大大缩短了梁的疲劳寿命。从安全和使用角度考虑，应严格控制该类型重载铁路预应力混凝土梁开裂及最大裂缝宽度。
关键词：重载铁路桥梁； 预应力混凝土梁； 疲劳试验； 光纤光栅传感技术
专家点评
论文基于光纤光栅技术研究了不同疲劳作用下重载铁路预应力混凝土梁损伤演化机理和特征，研究对于分析重载铁路桥梁在列车荷载下的变形具有重要意义，为既有重载铁路桥梁评估和强化提供了研究基础。
7海洋大气环境下钢筋混凝土梁的时变性能
叶志文， 张伟平， 顾祥林
同济大学 工程结构服役性能演化与控制教育部重点实验室
摘要：以环境作用下混凝土结构的性能演化与控制为主线，对相关研究成果进行回顾与分析。结果表明，经过二十余年的研究，对环境介质的侵蚀机理、锈蚀混凝土构件的受力性能、结构的时变可靠度等基本理论问题有了清晰的认识；开发了钢筋锈蚀监测和检测、混凝土结构电化学和自修复技术；明确了结构全寿命设计与维护的基本概念。但要建立完善的结构全寿命设计与维护理论，未来尚应在研究方法上以不确定性的研究为主，在研究内容上聚焦时变性，充分关注环境作用的时空变异性和材料细观层面的非匀质性。
关键词：混凝土结构； 环境作用； 时变可靠度； 性能退化； 性能控制
专家点评
侵蚀介质作用下，钢筋混凝土梁中的箍筋往往早于纵筋发生锈蚀，且锈蚀更加严重。因此，梁的剪切性能比弯曲性能退化更快，梁可能由未锈时的弯曲破坏转变为锈蚀后的剪切破坏。本文针对海洋大气环境下钢筋混凝土梁的时变性能，研究了锈蚀梁承载力退化和破坏模式的转换，对起锈时间、箍筋直径和混凝土强度等因素的影响进行了分析。该研究成果具有较好的创新和工程价值，可为延缓梁的性能退化、避免锈蚀梁出现剪切破坏等提供重要的参考。
8高强耐蚀钢筋的全寿命周期腐蚀行为特征及寿命预测
艾志勇1,2， 蒋金洋1,3， 江祥林2， 俞博2， 宋丹4， 王丹芊1,3， 刘瑶1,3
1. 东南大学 材料科学与工程学院
2. 江西省交通科学研究院 长大桥梁建设关键技术及装备交通运输行业研发中心
3. 东南大学 江苏省土木工程材料重点实验室
4. 河海大学 力学与材料学院
摘要：文中系统研究了00Cr10MoV新型高强耐蚀钢筋（引入普通碳素钢筋进行对比）全寿命周期内的腐蚀行为特征及耐蚀机理，并预测了其混凝土构件服役寿命。研究结果表明：00Cr10MoV耐蚀钢筋耐蚀性能贯穿钝化、维钝-破钝及腐蚀扩展各阶段，呈现连续耐蚀特征。在钝化阶段，耐蚀钢筋的强钝化性能源自于其Cr氧化物和Fe氧化物构成的双层结构钝化膜；在维钝-破钝阶段，耐蚀钢筋的高抗氯盐侵蚀性得益于其含Cr钝化膜的高稳定性及强修复性；在腐蚀扩展阶段，耐蚀钢筋的低腐蚀速率得益于其Cr元素富集的致密锈层对侵蚀介质渗入的阻滞作用。利用菲克第二定律计算耐蚀钢筋腐蚀诱导期持续时间，氯盐侵蚀下耐蚀钢筋混凝土构件服役寿命可提高约23倍。
关键词：高强耐蚀钢筋； 腐蚀行为； 耐蚀机理； 寿命预测
专家点评
论文对比研究了新型高强耐蚀钢筋与普通碳素钢筋全寿命周期内的腐蚀行为特征及耐蚀钢筋的耐蚀机理，预测了钢筋混凝土构件的服役寿命。研究发现了耐蚀钢筋钝化膜的双层结构及其增强的钝化性能、其钝化膜的高稳定性且在氯离子侵蚀下良好的自修复性，并可有效延缓钢筋基体的腐蚀扩展速率，从而提高钢筋混凝土结构的耐久性。研究内容具有较强创新性，可为耐蚀钢筋的工程推广提供重要参考。
9极地低温下栓钉连接件受剪性能试验研究及有限元分析
谢剑1,2， 杜雪玉1， 严加宝1,2
1. 天津大学 建筑工程学院
2. 天津大学 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室
摘要：为研究栓钉连接件在极地低温下的受剪性能，利用复叠式低温冷库、自制保温装置和电液伺服压力试验机对12个栓钉连接试件进行了推出试验，同时采用ABAQUS软件对其进行有限元分析，研究了温度、栓钉直径对低温下栓钉连接件受剪性能的影响。通过试验和有限元分析得到了试件破坏模式、荷载-滑移曲线、栓钉受剪承载力及极限滑移量，结果表明：试件在低温下出现栓钉剪断和栓钉剪断-混凝土压坏混合破坏两种破坏形式；在20~-80℃范围内，随着温度的降低，栓钉受剪承载力增大而极限滑移量减小，在-60~-80℃范围内，温度变化对栓钉连接件受剪性能的影响较小；在极地低温下，随着栓钉直径增大，栓钉连接件的受剪承载力和极限滑移量增加。采用ABAQUS软件考虑低温本构的有限元分析结果与试验结果吻合程度较高，通过试验结果拟合出的荷载-滑移曲线效果良好。
关键词：栓钉连接件；极地低温； 推出试验； 有限元分析； 受剪承载力
专家点评
当前在低温环境下（-50℃）组合结构的受力性能缺乏研究，该文开展了12个栓钉连接件推出试件在极地低温下的抗剪性能试验研究，采用ABAQUS软件研究了温度、栓钉直径对低温下栓钉连接件抗剪性能的影响。有限元计算结果与试验结果吻合较好，研究工作具有一定的价值和新颖性。
10水泥水化响应纳米材料的制备及性能评价
刘加平1,2， 穆松2,3， 蔡景顺2,3， 姜骞2,3
1. 东南大学 材料科学与工程学院
2. 高性能土木工程材料国家重点实验室
3. 江苏苏博特新材料股份有限公司
摘要：近年来，纳米材料改性技术已成为提升混凝土耐久性的发展方向，但传统纳米材料难分散、易团聚的特征导致混凝土工作性问题。针对上述传统纳米材料的问题，设计与制备了具备水溶性特征、可在水泥水化环境中自响应，且与Ca2+原位反应形成纳米有机酸钙盐颗粒的新型纳米材料，研究了该纳米材料的构效关系及其对混凝土性能的影响，分析了提高混凝土耐久性的作用机理，介绍了该材料在实际工程中的应用情况。结果表明：与传统纳米材料不同，水化响应材料对混凝土工作性能和干燥收缩基本不产生影响；掺加0.9%的水化响应材料可实现混凝土氯离子电迁移系数与吸水率的显著降低，降幅达到50%以上。
关键词：混凝土； 纳米材料； 耐久性； 渗透性能； 反应机理； 工程应用
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本期微信编辑：刘安然