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专注结构安全!他为长城修缮“开药方”

部门: 供稿:土木学院 审核:魏楚元 发布时间:2024-06-26 阅读次数:

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专注结构安全!他为长城修缮“开药方”

从事结构抗震与减震研究十余年

他将结构安全领域分析方法和手段

用于长城保护修缮

测定长城建筑材料性能

建立长城砖无损测强曲线

为长城修缮“开药方”

他是土木学院高级实验师

北京高校优秀实验教学指导教师

杜红凯

教师档案

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杜红凯

土木与交通工程学院高级实验师

北京建筑大学硕士

北京工业大学博士

北京高校优秀实验教学指导教师

主持完成国家级课题1项,省部级课题2项,参与国家重点研发计划2项,参与其他国家级及省部级课题10余项,完成政府机构及企业委托课题20余项。以第一作者或通讯作者发表论文40余篇,其中SCI/EI收录论文23篇,获授权国家发明专利12项,参编专著2部,参编规范1部,获北京市科技进步二等奖1项。

中国万里长城是世界上最壮丽的军事防线之一,承载着深厚的历史价值,并被联合国教科文组织列为世界文化遗产。然而,根据国家测绘局发布的信息显示,即便是保存较好的明代长城,也只有8.2%保存状况尚好,而74.1%保存较差或仅余台基部分,加强长城的修缮与保护刻不容缓。

一直以来,长城的修缮与保护多基于传统工匠的经验和技术,较少结合现代土木工程理论和技术。应北京建筑大学长城文化研究院汤羽扬教授之约,杜红凯于2021开始从事长城结构安全方面的研究。

虽然杜红凯课题组已经从事结构抗震与减震研究十余年,对结构安全的各种分析方法和手段非常熟悉,但面对长城的复杂问题仍然感到非常棘手,尤其是针对砖石质长城的结构安全研究,几乎找不到任何参考资料。

测定长城建筑材料性能

一切从零做起,在文物局的批准下,杜红凯多次带领课题组到长城实地考察调研,从倒塌的长城中采集青砖、条石、灰浆、填土等长城建筑材料,进行材料性能试验。

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杜红凯带领课题组在箭扣长城现场调研

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杜红凯观察长城灰浆材料

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杜红凯在大庄科长城调研时接受北京电视台采访

杜红凯带领课题组完成了长城青砖、条石、灰浆以及内部填土的力学性质试验,获得了长城建筑材料的基本力学性能,为后续长城的结构安全分析提供了基础支撑数据,并为后续长城的修缮和保护提供了理论依据。

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灰浆测强试验

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青砖测强试验

建立长城砖无损测强曲线

长城属于我国重要的历史文物,不宜进行破损检测,建立一套针对长城建筑材料的无损检测技术,是长城修缮和保护迫切需求。

杜红凯带领课题组对长城砖进行无损检测研究,使用回弹仪和超声波检测仪器对长城青砖进行回弹及超声检测,回归长城青砖强度的测强曲线,使长城的修缮和管理部门实时便捷地获取长城青砖强度成为了可能,从而为科学地组织长城的修缮和维护奠定了基础。

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带领研究生对长城青砖进行超声检测

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长城青砖超声回弹测强曲线

预测长城倒塌过程

为研究长城倒塌的原因和预测现存长城可能发生的倒塌形式,杜红凯带领课题组建立了长城计算机模型,进行了长城倒塌的可视化模拟,为明代砖砌长城的修缮和保护提供了现代理论支持。

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杜红凯与文物局专家、建筑学院专家讨论长城结构安全问题

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与文物局专家和领导讨论长城结构安全问题

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杜红凯参加结构抗倒塌学术交流会

根据长城现状,建立长城数值分析模型,分析长城墙体倒塌原因,并反演墙体倒塌过程。

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长城敌台墙体倒塌过程模

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(a)敌台模型计算结果(b)长城敌台现状

长城敌台倒塌模拟与现状对比

基于长城建筑材料的基本力学性能,依托长城的数值分析模型,预测敌台的倒塌形式和最终破坏形态。

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长城敌台倒塌预测

做学生的良师益友

在本科教学方面,杜红凯进行研讨式教学改革,通过课堂研讨激发学生的积极性和创造性,并巩固理论知识,获得了良好的教学效果。在担任土191班主任期间,杜老师还特别重视学生的职业规划,经常鼓励学生们考研,不断强调考研对于个人能力锻炼和未来职业发展的重要性,并且及时为学生提供学习方法和复习指导,使土191班的读研升学率达到了47%。

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指导教学试验

在研究生培养方面, 杜红凯不但注重研究生的科研思维和科研攻关能力的培养,更注重研究生的逻辑思维和学术创新能力的培养。除与每周与学生进行单独交流外,杜红凯还每周召开组会,和学生共同研讨课题中遇到的困难,同时使研究生之间充分交流,相互学习对方课题的研究内容和方法,从而使自身能力充分提高。

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与研究生在大庄科长城留影

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指导学生开展科研试验

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荣获北京建筑大学十佳班主任

从教感言

教学不仅仅是给学生上好每一堂课,而是爱的传递,科研也不仅仅是克服每一个学术难题,而是责任担当。路漫漫其修远兮,作为一名科研教育工作者,应始终做到:用爱对待教育事业,保持激情,促进学生成长成才;用心对待科研事业,矢志不渝,推动国家科技进步。

编辑:任敏





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