解析可持续土木工程结构的科学问题与实现技术路径王大鹏--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

解析可持续土木工程结构的科学问题与实现技术路径王大鹏

发表时间：2020/10/23 来源：《基层建设》2020年第19期作者：王大鹏

[导读] 摘要：土木工程是人们赖以生存的基础，但是在大力发展现代化建设时产生了大量的资源消耗，影响了土木工程的发展。

        黑龙江中科万华工程项目管理有限公司黑龙江省哈尔滨市 150090
        摘要：土木工程是人们赖以生存的基础，但是在大力发展现代化建设时产生了大量的资源消耗，影响了土木工程的发展。为了提高土木工程建设质量，促进其的持续性发展，必须及时对其发展特点进行分析，优化土木工程发展程序，理性分析并认识土木工程发展中使用的材料。本文主要结合土木工程发展现状，从材料结构、功能和可持续发展特点等方面分析了各项评价指标，希望可以促进土木工程可持续发展。
        关键词：土木工程结果科学实现技术路径
        1土木工程材料
        1.1土木工程结构材料
        土木工程材料是推动土木工程发展的重要因素，目前随着现代科学的发展，诞生了钢、混凝土、木竹、纤维物质等众多结构材料。
        钢结构具有较强的刚度、延性和弹性，是可循环材料，已经成为土木工程发展的优良材料。
        混凝土材料的抗压强度较大，具有可高温加热的性能，对环境的影响较小，如何制备低能耗、绿色材料已经成为当前研究的主要问题。目前主要利用两种方法提高混凝土质量，一种是利用工业矿物掺和料替代部分材料，在减少不可再生矿物质掺和料的同时，提高了混凝土性能；另一种是利用建筑垃圾方式减少资源消耗，降低了对环境的影响，促进土木工程的可持续发展。低能耗绿色水制备技术主要使用改良混凝土性能的方式，提高混凝土延性、抗裂性及机理，目前可再生混凝土制备、建筑垃圾利用与全寿命性能是土木工程结果材料研究的主要科学问题。
        纤维材料具有强度高、耐久性能等特点，尤其在特殊环境下可以避免钢材锈蚀，延长了土木工程结果寿命。但是纤维复核材料价格较贵、耐高温性差，所以今后还要对这些材料进行综合分析。目前使用植物纤维和植物提炼材料制备可再生绿色纤维已经成为纤维复合材料的主要研究方向之一，今后还要不断研究。
        1．2土木功能性材料
        如何通过掺和材料提高原有材料的力学性能，已经成为土木工程可持续发展的重要方向。现阶段，人们已经提出了“智能材料与结构系统”概念，具有自修复、自适应等各种性能。此种材料的主要特点是对光、声、力、电等具有较强识别性，可以利用外部资源提高材料的功能。
        将导电纳米或碳纤维掺入水泥浆中，不仅可以提高其的力学性能，还具有压电和压阻等心梗，能够预警混凝土结构损伤，提高了工程安全性，减少了成本。给混凝土中掺入压电材料，可以形成自集成混凝土材料，实现了机械能向电能的转化，维持了结自供电。智能土木工程与声、光、热等的耦合与转化，已经成为结构科学探讨的核心问题。
        1．3纳米技术
        纳米材料与纳米技术的结合，可以改变材料的特性，实现混凝土材料和纳米材料的结合，具有抗冲击、抗电磁屏蔽等性能；将纳米材料与非导电纳米掺入混凝土中，可以制备功能较多的纳米混凝土材料。目前纳米材料与纳米技术已经成为土木工程发展中应用的重要技术，成为科学问题的研究方向。
        2了解土木工程结构体系
        2.1高性能、长寿命的结构体系
        从土木工程的实际使用来看，非常容易受到地震、雨雪、冰等自然因素的影响，容易造成结构损伤，严重时将丧失结构功能，进而产生了较多的建筑垃圾问题，影响了土木工程的发展，所以必须构建高性能和高寿命结构体系。一般高性能长寿命结构必须具有较强的力学性能、耐久性和抗灾难性，延长结构使用寿命。例如，纳米混凝土的抗疲劳和耐磨性较高，可以将其作为机场码头等道路的铺设，减少结构损伤，延长寿命。同时该体系也可以借助新结构体系实现，例如自动恢复抗震结构体系，减少自然灾害造成的影响，促进结构体系的发展。新型高性能长寿命的结构体系已经成为结构分析的主要研究方向，合适长寿命结构体系的基础问题。
        2．2土木工程结构监测与评价理论
        土木工程在实际应用中容易受到各种因素的影响，所以必须加强监测。受生物启发，传统土木工程主要以力学变量为主，实现了多学科交叉发展，内部应用的技术较多，已经成为土木工程研究的重要方向。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        土木工程结构监测主要包括环境作用、结构整体响应、物理及化学变量等。在实际监测中，需要获取大量的数据和结构特征，所以传统的方法根本不能完成数据结构监测，结构监测成为人们探讨的主要问题。
        结合土木工程现阶段的发展，新型传感技术、传感原理、结构健康监测数据图形、信号处理、现场原型监测与实验室模型等均成为土木工程可持续监测的中探讨的主要问题。
        2．3土木工程结构全寿命控制理论与技术探讨
        土木工程结构可持续的有效方法就是及时对土木工程设计目标、建设性能扥进行分析。通常在自然灾害严重或荷载较大时，会因振动产生疲劳损伤、结构损伤或坍塌，所以必须利用结构控制减少结构动力效应，提高结构的安全性，延长其使用寿命。通常流体振动可以利用控制振动等改变结构振动。例如基于生物减阻与智能材料桥梁流场控制已经成为流体研究的重要课题。
        土木工程在长期使用中避免不了累积损伤，为了延长土木工程使用寿命，必须及时对受损部位进行修复。当前土木工程主要对恶劣环境下修复材料、修复技术、修复性能等进行研究，自修复已经成为未来土木工程发展的主要趋势。如形象记忆聚合物应用于结构爆炸冲击；复混凝土结构应用于复合材料结构修复中的裂缝损伤。
        2．4多功能土木工程结构系统
        多功能土木工程结构系统表示突破传统工程结构，成为土木工程研究最活跃领域，已经成为土木工程可持续发展的重要途径。
        将风能、太阳能与土木工程结合在一起，成为了土木工程结构的主要形式。如上海采油平台安装风能发电系统，满足了海洋平台电能需求，不会消耗其他能源；将建筑结构设计成方便太阳能的结构，让建筑同时具备两种功能。
        实现智能材料与结构材料的结构，不仅可以利用电力结构实现机械能到电能的转换，还可以给结构提供电能，节省了资源。例如，给混凝土中掺入压电材料，让混凝土具备了自感知功能，实现了结构振动能量到电能的转化。一些土木工程设施上还应用了纳米材料，可以将高导电性、压电材料和导热纳米材料应用到路面结构中，当车辆从路面上经过时，可以将振动机械能转化为电能，进而提供给纳米材料，纳米材料融化了地面上的病学，减少了环境污染。
        3土木工程结构可持续分析与设计理论
        土木工程设计理论现阶段已经经过了较长的发展阶段，实现了弹性设计到弹性理论的转变，从单目标控制开始向多变量转变，促进了土木结构寿命设计理论的发展。
        结构全寿命设计理论实际上综合分析结构经济和寿命等设计的理念，是一种可持续发展方法。虽然目前很多外国学者已经对全寿命设计理论进行了深入研究，但是受各种因素影响，依然存在结构可靠性、结构报废后处理等科学问题。
        随着社会经济的发展，人们已经认识到土木工程结构在发展中受到的影响，促进了土木工程结构全寿命风险分析与控制理论的发展。经过分析发现土木工程结构全寿命设计理论、控制设计理论与风险分析理论的主要目标是实现土木工程的可持续发展，形成完整的土木工程结构可持续发展设计理论，为土木工程实践操作提高可靠的理论依据。
        4结束语
        随着科学技术的发展，人们对资源的使用度也不断加大，为了实现土木工程的可持续发展，必须从土木工程结构材料、功能材料、纳米与积水、长寿命结构体系等进行全面的评价，促进结构可持续理论的实现，分析多学科问题，给土木工程未来的发展奠定基础。
        参考文献：
        ［1］陈玉龙．关于土木工程钢结构施工技术的有关问题分析［J］．江西建材，2016（06）：84，89．
        ［2］孙志成．纳米材料在土木工程中的应用［J］．黑龙江科技信息，2016，（12）：209．
        ［3］周扬．土木工程建筑结构设计中的问题探讨［J］．科技资讯，2016，14（16）：53－54．
        ［4］李惠，关新春，郭安薪，等．可持续土木工程结构的若干科学问题与实现技术途径［J］．防灾减灾工程学报，2010，30（s1）：378－393．