桥梁信息化及智能桥梁2020年度研究进展

以信息化、智能化为特征的数字化时代的到来推动了桥梁工程技术的发展与创新,有必要将云计算、大数据、人工智能、3D打印、机器人等战略性新兴产业技术与桥梁工程相融合,从智能设计、智能施工、智能运维等多个维度,推进桥梁工业化、数字化、智能化升级。本文从桥梁信息化、智能检测与安全运维、智能防灾减灾、智能材料等方面,综述了2020年该领域前沿技术和重要成果,总结了研究热点与前景展望。分析表明：BIM技术可以提升桥梁正向设计精细化水平、施工过程控制和管理准确化程度;无人机、机器人等智能检测技术与机器学习、卷积神经网络等人工智能技术提高了桥梁检测的精度和效率;高性能智能材料的应用促进了桥梁结构的自感知性、自适应性、自调节性和自诊断性;基于人工智能的自然灾害监测与预警为桥梁智能防灾减灾提供了新的发展思路。未来应将人工智能技术深度融合桥梁设计、建造和养护的全生命周期,顺应信息化、智能化的发展趋势,实现桥梁强国梦。     

智能材料的应用综述

未来社会发展的趋势是智能化，智能化的首要问题是大力发展智能材料，智能材料的研究是材料科学研究的重要方向，智能材料的本质特征是材料具有仿生功能，即材料能根据感受到的信息而自动判断、控制和调整以适应外界条件变化。诱人的智能时代正向我们走来，为了迎接智能时代和促进社会生活智能化进程，材料工作者必须加倍努力，本文介绍了智能材料与系统（结构）的基本概念，较全面地概述了智能材料在航空航天、科学技术、国防军事、生物医药、建筑建设、日常生活等各方面的应用，探讨了智能材料光明的应用前景和发展趋势。     

桥梁抗震2019年度研究进展

桥梁抗震一直是桥梁工程领域内的重要研究方向。归纳总结了2019年桥梁抗震领域的研究成果和发展趋势，主要结论如下：传统钢筋混凝土桥墩地震响应机理研究日益精细化，局部损伤的演化和控制得到更多重视；预制拼装墩在“等同现浇”连接方式之外，探索了兼顾“传力”与“耗能”的多种新型构造；自复位桥墩在强震下可能产生界面消压，导致结构刚度快速下降，是制约其推广的关键问题；大吨位、大变形、高耐候是高性能减隔震装置的发展趋势，引入半主动控制技术具有良好的发展潜力；桥梁抗震研究中更多地考虑了土-结、墩-水相互作用，模型的计算精度和效率都有所提高，多物理场耦合的桥梁抗震研究将成为一个极具潜力的研究方向。     

智能材料的应用综述

未来社会发展的趋势是智能化 ,智能化的首要问题是大力发展智能材料 ,智能材料的研究是材料科学研究的重要方向 .智能材料的本质特征是材料具有仿生功能 ,即材料能根据感受到的信息而自动判断、控制和调整以适应外界条件变化 .诱人的智能时代正向我们走来 ,为了迎接智能时代和促进社会生活智能化进程 ,材料工作者必须加倍努力 .本文介绍了智能材料与系统 (结构 )的基本概念 ,较全面地概述了智能材料在航空航天、科学技术、国防军事、生物医药、建筑建设、日常生活等各方面的应用 ,探讨了智能材料光明的应用前景和发展趋势     

智能检测与信号处理技术的发展与应用

随着科学技术的不断的发展和进步,最新技术手段在各项工程技术领域的广泛应用,使得检测系统逐渐向智能化方向发展,极大的节约了人力及物力成本,同时也使得检测系统在精确度、稳定性能及分辨率等方面都有很大的提高,其将必然成为未来的发展趋势。本文将智能检测系统的特点及其发展趋势进行详细分析,并介绍信息处理技术的主要方法,与此同时,将以智能检测与信号处理技术在车辆检测工程中的应用情况做详细阐述。     

4D打印形状记忆聚合物及其复合材料的研究现状和应用进展

形状记忆聚合物材料是一种在外界环境刺激下可发生形状变化的智能材料,基于这种智能材料的可变形结构在生物医疗、航空航天等诸多领域显示出巨大的应用潜力.4D打印技术的问世为智能材料的进一步发展带来新的机遇,同时为微创医疗、智能机器人、柔性电子等高科技产业开创了全新的和智能化的发展方向.本文首先介绍4D打印技术的兴起和发展,以及5种新兴聚合物打印技术（光辅助打印、磁辅助打印、连续纤维打印、容积3D打印、多材料多喷头打印）的研发;其次从热、电、磁、光驱动4个方面综述了近几年4D打印形状记忆聚合物及其复合材料的研究进展及潜在应用,总结了适用于4D打印的形状记忆聚合物及其复合材料的制备方式及性能;然后介绍了基于形状记忆聚合物复合材料的4D打印结构在生物医疗、航空航天、智能器件及仿生领域的应用研究;最后指出4D打印在打印技术、打印材料、驱动方式和应用验证4个方面存在的问题及未来发展方向.     

钢结构桥梁疲劳2019年度研究进展

钢结构桥梁具有轻质、高强、跨越能力大、易工厂化制造和便于装配化施工等突出优点,是未来一段时期中国桥梁工程的重要发展方向。但由于服役环境、荷载条件和交通需求、结构体系和构造细节设计等诸多因素的影响,其疲劳问题突出,已成为制约钢结构桥梁可持续发展的世界性难题。作为桥梁工程的热点研究课题,学者们在钢结构桥梁疲劳领域进行了卓有成效的研究,现聚焦钢结构桥梁疲劳损伤演化与服役性能劣化机理、钢结构桥梁疲劳抗力评估与预测、钢结构桥梁疲劳裂纹监测与检测方法、疲劳开裂加固与维护技术等方面,对2019年度的研究进展和下阶段的研究重点进行扼要的梳理和总结。分析了钢结构桥梁疲劳关键问题研究方面的挑战,具体讨论了在钢结构桥梁疲劳失效机制、疲劳抗力评估新理论新方法、疲劳损伤智能监测与检测和疲劳开裂加固关键技术等方面开展深入研究的迫切需求和主要问题。     

基于设计重构的桥梁三维几何拓扑关系研究

随着计算机解决更为复杂设计问题的能力逐渐增强,桥梁设计必须突破现有的发展局限,向更为智能化和集成化的方向前进.笔者研究了基于方程组约束建立和求解桥梁特征和桥梁几何参数之间的映射关系,并通过特征依赖图建立桥梁构件间几何约束的映射,实现桥梁构件的参数驱动.同时,为了降低求解的复杂度,根据桥梁设计领域设计特征,对钢筋与构件和构件与钢筋之间的映射进一步简化.建立了桥梁智能设计的框架,为可重构的桥梁智能设计奠定理论基础.     

钢结构桥梁疲劳2020年度研究进展

钢结构桥梁具有轻质高强、跨越能力大、易工厂化制造和便于装配化施工等突出优点,是桥梁工程的重要发展方向。但工程实践表明,疲劳与断裂是导致结构服役性能降低甚至引发灾难性事故的关键因素,严重制约了钢结构桥梁发展应用。学者们从不同的角度对于钢结构桥梁疲劳问题进行了深入系统的研究,现聚焦于疲劳失效机理与抗力评估方法、抗疲劳设计与建造技术、环境因素及其疲劳抗力效应机制、疲劳裂纹识别与监测检测、疲劳开裂处置与性能强化等主要方面。对2020年度在相关领域所取得的最新研究进展进行总结,梳理亟待解决的关键问题以及下阶段的研究重点。结果表明,钢结构桥梁疲劳问题是学术界和工程界的研究热点,在对疲劳性能分析评估理论方法、抗疲劳设计和长寿命结构、抗疲劳建造技术、疲劳损伤监测与疲劳微裂纹检测识别、剩余疲劳寿命预测与疲劳性能强化进行研究的基础上,构建钢结构桥梁全寿命周期抗疲劳技术,是未来的研究重点和重要发展方向。     

人工智能在土木工程领域的应用研究现状及展望

作为新一代产业变革的核心驱动力,人工智能是全面提高土木工程领域数字化、自动化、信息化和智能化的重要方法。为全面了解人工智能在土木工程中的发展及应用,定性分析了人工智能的基本研究领域,定量分析了人工智能在土木工程设计、制造、养维护阶段的研究现状,利用CiteSpace可视化工具深入挖掘人工智能在土木工程中存在的问题、发展瓶颈和研究趋势,并给出相应的解决办法及研究思路。通过文献综述发现,土木工程领域已展开了大量人工智能研究,但各阶段智能化发展不均衡,实际应用也存在一定局限性,需深入探索神经网络、大数据、深度学习等智能技术在土木工程全生命周期的交叉融合,促进土木工程领域人工智能研究的协同发展。     

桥梁撞击问题2019年度研究进展

桥梁撞击是影响桥梁建设和运营的一个关键问题,学者们对此进行了大量工作,并取得了积极的进展。为进一步促进桥梁撞击与防护方面的研究,回顾了2019年桥梁撞击事件及科学研究现状,主要从船撞、落石撞击、车撞等3方面对目前研究热点进行简要归纳总结,并从已有研究的拓展、新材料、新型结构、新的理论方法等方面展望桥梁撞击灾变和防控的研究趋势。近场动力学研究方法的引入将有助于加深对碰撞本质的认识,也将为桥梁撞击问题分析突破传统思维瓶颈提供新的路径。     

纤维增强复合材料桥梁结构2019年度研究进展

纤维增强复合材料（FRP）因其卓越性能适应现代桥梁结构大跨、轻质、耐久的发展需求,近年来被广泛应用于桥梁工程。为促进复合材料桥梁领域的结构形式和设计的发展,从FRP材料性能、构件和桥梁结构3个层次对近年来FRP在桥梁工程中的研究和应用进行回顾,阐述FRP材料-结构一体化设计理念,并对FRP材料在桥梁加固、组合构件、全桥结构等方面的相关研究进行总结与评述。结果表明：现阶段桥梁用FRP仍局限于旧桥加固,新建大跨桥梁结构应用潜力巨大,需提高材料的力学性能、降低成本、制定产品质量检测标准,建立材料-结构一体化的设计、施工、监测规范体系和工程应用模式。     

预制装配式混凝土桥梁结构2020年度研究进展

预制装配式桥梁凭借施工质量好、对环境的影响小、现场作业时间短、施工安全水平高等优势,已成为桥梁建设的重要发展方向。预制装配式混凝土桥梁既适合于交通复杂的城市道路桥梁,也适合于施工环境艰苦的铁路桥梁建设。通过文献调研的方式,梳理2020年度国内外预制装配式混凝土桥梁的研究进展。根据桥梁结构类型,从上部结构与下部结构两个方面论述了该领域内的新技术、新构造以及典型工程应用。经过粗略总结,在上部结构中,节点的连接构造、抗裂性能与耐久性得到了学者的广泛关注;在下部结构中,随着预制装配式体系在高烈度地震区桥梁中的应用,预制装配式桥墩的构造与抗震性能是目前的研究热点。下部结构的耐久性与抗裂性能仍有待提升。     

混凝土桥及其高性能材料2020年度研究进展

为了解2020年混凝土桥及其高性能材料研究方向的发展动态,并在总结其研究内容、方法和成果的基础上更好地开展后续研究,从混凝土桥、高性能混凝土材料及高性能加劲筋材3方面着手,查阅近期文献,并进行分类、总结和评述。研究发现：目前,混凝土桥方向较为关注运维阶段的耐久性能、极端环境下的工作性能及混凝土桥运营事故等问题;高性能混凝土材料的研究进展在高性能、绿色环保以及智能化3个方面表现突出;高性能筋材则主要围绕强度更高、更耐久的FRP筋展开研究,其在梁、板、柱等构件上的应用得到积极的探索。对现有研究的不足和有待深化的问题提出初步建议,期待与相关学者共同努力,为该方向的进一步发展做出贡献。     

预应力纤维增强复合材料(FRP)桥梁结构加固应用2020年度研究进展

纤维增强复合材料（FRP）由于其材料耐腐、质轻高强等优越性能在新建桥梁和旧桥加固等工程领域中应用广泛、发展迅猛,已成为桥梁领域的研究热点。为促进FRP在桥梁加固中的应用与发展,满足工程运维多样化需求,对老旧桥梁加固特点、FRP材料性能及其加固桥梁方法等方面的相关研究进行总结与评述,并从混凝土和钢结构桥梁加固两方面对近年来预应力FRP方法在桥梁加固实践中的研究和应用进行回顾。预应力FRP因其加固效果明显,施工速度快,已成为一种重要的桥梁加固方法并得以应用,未来还需在FPR锚固系统标准化、加固后桥梁行为可监测性、建立FRP加固桥梁结构的规范体系等方面开展研究工作。     

桥梁评估与加固理论2019年度研究进展

综合运用现代测试手段、试验技术、评估理论、结构理论、数值仿真、数学统计预测等理论方法和技术手段,对既有桥梁在剩余服役期内的安全性和适应性给出评判,提出维护策略及加固方法,是桥梁工程的重要研究领域。基于该领域最新研究进展,对基于时变理论的既有桥梁可靠性评估方法、结合工程应用的可靠度计算方法、维修加固的策略、钢筋混凝土墩柱的抗震性能及其抗震加固、桥梁加固的新材料、新方法和新装备等研究进行了介绍和总结,并从对既有结构性能衰变的认识、发展新的理论与方法、根据实际需求拓展新的研究领域等方面对研究提出了展望。     

桥梁基础工程2019年度研究进展

桥梁基础是将上部结构荷载传给地基持力层的结构,是关系到整座桥梁结构安全的最基本结构。基础工程领域的每一步进展对大跨度桥梁的发展都起着奠基性的作用。近年来,随着中国各种跨海、跨江、跨复杂地质区域大跨度桥梁的建设,在桥梁基础工程领域出现了许多新的研究成果。通过对近年文献的调研,针对桥梁基础冲刷、波浪作用、地震作用、基础损伤评估、地质不良区域基础设计与施工以及既有基础的再利用等几个研究方向,综述了近年来的研究进展,分析和评述了已有的研究成果以及目前存在的问题,并指出基础工程领域研究中需要重视的研究方向和亟待开展的研究课题,对基础工程未来的研究趋势进行了展望。     

桥梁健康监测2020年度研究进展

桥梁健康监测系统利用通讯传感设备远程记录运营中的结构持续响应,通过对信号数据的处理分析实现桥梁结构的实时预警与安全评估,从而达到保护结构正常运营、延长结构使用寿命、指导桥梁结构管养与维护决策的目的。桥梁健康监测技术作为桥梁工程领域新兴的分支,已逐渐成为一个热门研究方向。为了促进该领域研究进一步发展,指导健康监测系统在桥梁工程中更高效的应用,对桥梁健康监测系统的信号降噪、信号预警、模态参数识别、有限元模型修正、损伤识别、状态预测与评估等关键技术方法的研究现状进行了详细介绍,并对2020年度内相关研究进展及应用进行了总结与评述,最终发现机器学习方法正越来越广泛地应用到现阶段桥梁健康监测各项关键技术的研究中。