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2016年  第31卷  第9期

科研开发
肋板加强式新型工字形柱弱轴连接的抗震性能有限元分析
卢林枫, 闫杰, 于灏杰
2016, 31(9): 1-6. doi: 10.13206/j.gjg.201609001
摘要:
基于一种新型节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的研究成果,进行梁端肋板加强式节点抗震性能的研究。利用有限元软件ABAQUS对模型进行非线性分析,得出节点的破坏形态和焊缝等关键部位的应力分布情况。通过计算得出荷载-位移曲线、骨架曲线、极限承载力、位移延性等节点参数,并对其延性及耗能能力与标准新型弱轴连接试件进行对比分析。研究结果表明:肋板加强式弱轴连接节点能够有效地迫使梁端塑性铰外移,从而实现"强柱弱梁"的抗震理念。肋板加强可以改善新型弱轴连接梁柱翼缘对接焊缝和蒙皮板的应力分布并提高节点的刚度和承载力,具有较标准新型弱轴连接更好的抗震性能。
纵肋-横隔板弧形切口应力响应的面外特征研究
王甜, 祝志文, 黄炎, 麦鹏
2016, 31(9): 7-11. doi: 10.13206/j.gjg.201609002
摘要:
为获得正交异性钢桥面板横隔板弧形切口母材在典型轮载作用下的应力响应的面外特征,开展了随机车流下正交异性钢桥面板弧形切口应力监测和分析。研究表明:一辆卡车通过横隔板弧形切口将产生与轴组数量对应的应力幅,其应力响应不能分辨轴组内单轴;在超载卡车作用下横隔板弧形切口将产生很大的应力响应,应力峰值可能会大于钢材的容许应力,而此时弧形切口处于双向受压状态,活载应力幅为压应力幅;研究同时发现,横隔板会受到面外弯曲作用,靠纵肋-横隔板焊缝下端越近,其面外变形越大,产生的面外应力越大。
空间中框架半刚性梁柱连接节点抗震试验研究
贺欢欢, 王新武
2016, 31(9): 12-15. doi: 10.13206/j.gjg.201609003
摘要:
采用上、下柱端加载方式,对空间中框架剖分T型钢强弱轴连接节点进行双向低周反复荷载试验研究。试验结果表明:在加载的过程中,T型件腹板与翼缘交界处应变最大,且最先形成塑性铰;强轴方向节点的承载能力、耗能能力均大于弱轴方向。分析滞回曲线和骨架曲线可以看出:此种节点具有很好的延性性能和耗能能力;梁、柱的相对转角也符合美国FEMA规范要求。
半刚接自复位装配式钢框架拟动力试验模拟分析
张艳霞, 费晨超, 宁广, 王宗洋
2016, 31(9): 16-19. doi: 10.13206/j.gjg.201609004
摘要:
针对已经完成的柱脚采用半刚接自复位装配式钢框架1层子结构(原模型为4层)进行拟动力试验,采用ABAQUS有限元分析软件建立4层单跨有限元模型进行动力时程分析,分析钢框架的位移响应、开口变化、滞回曲线和各部位的应变发展状况,并与试验结果进行对比分析。分析结果表明:有限元和试验结果较为吻合,证明了半刚接自复位钢框架的优越性和有限元分析的可靠性,为今后进一步开展研究打下良好的基础。
实、空心钢管混凝土抗扭承载力统一计算方法
余敏, 谢佳新, 石正浩
2016, 31(9): 20-24. doi: 10.13206/j.gjg.201609005
摘要:
目前关于钢管混凝土抗扭承载力的计算方法已有一些,但大多是针对实心钢管混凝土。通过建立钢管混凝土构件在纯扭作用下的有限元模型,并对钢管混凝土的受扭性能进行数值参数分析,着重探讨空心率对钢管混凝土横截面受力分布和承载力的影响,基于极限平衡方法推导钢管混凝土在纯扭下的承载力计算式,最终给出实心和空心完全统一的抗扭承载力计算式,并收集相关试验数据对得到的计算式进行试验验证,通过试验对比,说明计算式的有效性,同时计算式物理意义明确,形式完全统一,较好地反映了实心和空心钢管混凝土构件工作性能的连续性。
长期荷载对方钢管混凝土轴心受压柱承载力的影响研究
徐倩, 宋晓冰
2016, 31(9): 25-29. doi: 10.13206/j.gjg.201609006
摘要:
以方钢管混凝土柱为研究对象,从钢材及混凝土两种材料单轴受压的应力-应变关系出发,将方钢管混凝土柱截面中钢管部分与混凝土部分的内力叠加,推导了考虑长期荷载作用影响的方钢管混凝土轴心受压柱在加载过程中的荷载-应变关系的函数表达式,取函数最大值为相应参数下构件的抗压承载力值。用该计算方法计算已有文献中试验构件的承载力值,计算结果与试验结果吻合较好。结合钢管局部屈曲、截面配筋率、钢材强度及混凝土徐变量等因素,分析了长期荷载作用对构件承载力的影响,结果表明:长期荷载对方钢管混凝土柱承载力影响程度较小。
自锁式单向螺栓工程应用现状与研究方向
王双, 王波, 侯兆新, 曾昭波, 马晓明
2016, 31(9): 30-33. doi: 10.13206/j.gjg.201609007
摘要:
螺栓连接是钢结构的主要连接方式之一,通常采用高强螺栓和普通螺栓作为紧固件。由于这两种螺栓安装时需要较大的安装空间,因此不适用于连接管状或箱形等闭合截面构件,而单边紧固螺栓则解决了常规螺栓的施工受限问题。通过自锁式单向螺栓在主体结构、围护结构和功能构件各部分的使用情况,研究其国内应用现状,并结合实际应用中遇到的问题分析该螺栓未来的研究侧重点和发展方向。
地基及基础变位对输电铁塔受力特性影响的模拟分析
黄飞龙, 张大长, 丁志锋, 朱海峰, 李布辉
2016, 31(9): 34-38. doi: 10.13206/j.gjg.201609008
摘要:
以研究地基及基础位移对整塔内力及变形的影响为目的,通过结构有限元分析软件SAP 2000对现有某220 k V输电线路SJ3转角塔进行建模和分析。考察输电铁塔在90°大风、覆冰和导线张力等外荷载作用下,模拟塔腿基础支座发生不同变位的荷载工况对塔身变形及塔材失效的影响规律,确定不同工况下底部塔材的内力发展过程及其失效位移。研究表明,针对不同的地基及基础变位工况,塔腿上侧横隔面是整塔最薄弱部分,塔腿根部支座位移会引起横隔杆件的快速失效,单只塔腿基础支座沉降对塔腿影响最大;塔腿支座水平外移对底部横隔杆件影响最大;塔腿支座水平内移是引起塔腿斜材失效的最危险工况。
输电塔结构的可靠度及敏感性评估
李会军, 徐士博, 唐业, 王玮, 厉强强
2016, 31(9): 39-45. doi: 10.13206/j.gjg.201609009
摘要:
以输电塔结构的可靠度、敏感性及相关性为研究重点,从其最大变形与能量角度出发,量化了不同水平荷载作用下各随机变量对最大变形与应变能的敏感程度,明确了影响二者最为显著的随机变量,理清了最大变形与总应变能之间的相关程度。研究表明:当荷载水平较低时,除荷载外,二者对中底部竖向杆件的弹性模量、肢长和肢厚最为敏感;当荷载水平较高、输电塔塑性发展较充分时,提高中部竖向杆件屈服强度的均值、减小其标准差可有效地降低输电塔的最大变形、减小其倒塌破坏的概率;输电塔的最大变形和应变能存在强相关性,可通过荷载-应变能曲线作为该类结构是否发生失效的判据;随着荷载水平的增加,最大挠度和总应变能的均值持续增加,标准差和变异性亦逐渐增加。
工程设计
苏州某超长复杂空间网格结构设计
赵俊钊
2016, 31(9): 46-49. doi: 10.13206/j.gjg.201609010
摘要:
某超长复杂空间网格结构体型复杂,为扭曲空间网格结构,对结构设计提出了很高的要求和挑战。对该结构体系的形成过程、设计荷载取值、主要设计控制指标、计算模型的建立、主要分析设计结果及整体稳定性进行了详细介绍。分析表明:该空间网格结构主要由风荷载控制,建立整体模型十分必要。
某大跨度空间钢结构屋面的结构方案选型
钟迅, 左小青, 李治
2016, 31(9): 50-54. doi: 10.13206/j.gjg.201609011
摘要:
大跨度空间钢结构的结构方案选型是一个综合性的多目标决策问题。为了阐明结构方案选型阶段的设计思路,以某大跨度空间钢结构屋面项目的结构方案选型为例,依照建筑造型设计要求,从建筑适应性、结构受力合理性、施工可行性和经济性方面对多种结构方案的优缺点进行对比。结果表明,适用于该工程的最优结构方案为三向网格型单层球面网壳结构。
许昌空港新城第一国际A座钢结构设计
沈佳星
2016, 31(9): 55-59. doi: 10.13206/j.gjg.201609012
摘要:
许昌空港新城第一国际A座是一栋高度100 m的高层建筑,地下室及上部结构均采用钢结构。其中裙房区域为大型商业设施,且布局较为复杂,存在较大面积的楼板开洞和竖向不规则情况;裙房以上的塔楼区域为写字楼,相对于裙房存在较大的体型收进。在满足建筑使用功能的前提下,通过合理布置竖向构件,解决了结构竖向不规则的问题,并对体型收进处和存在大开洞的楼层采取相应的结构措施进行加强,在满足相关规范的前提下合理地对梁柱截面进行设计。
沉降影响下大型悬挑钢桁架结构的施工预调值计算
王海龙, 周洪彬, 王珊珊
2016, 31(9): 60-62. doi: 10.13206/j.gjg.201609013
摘要:
为保证南开大学新校区大学生活动中心大悬臂钢桁架结构的设计位形,安装时需要对结构的各节点施加施工预调值。应用有限元软件MIDAS/Gen对结构进行整体分析,确定结构在恒荷载作用下的施工预调值;综合分析工程的地基、基础形式和基础顶部的结构形式,做出结构基础为刚体的假设,按线性关系确定考虑地基沉降的施工预调值。选取沉降量小、恒荷载作用变形小的节点为基点,建立施工预调值计算式,将计算结果应用于施工控制,满足了结构的设计位形要求。
钢桥塔截面设计研究
刘震, 张哲, 韩小宇
2016, 31(9): 63-66. doi: 10.13206/j.gjg.201609014
摘要:
基于实际工程对4种钢桥塔备选截面进行数值模拟和相关规范建议值计算,得到极限承载力、失稳模态、变形及应力规律,通过对比发现组合式截面钢桥塔较其他3种截面更适合该桥。组合式截面钢桥塔极限承载力较大,极限状态下压应力分布更加合理。计算结果表明:考虑结构初始缺陷及材料、几何双重非线性第二类稳定计算所得的承载力与相关规范建议承载力吻合较好,与美国规范建议值相差在12%以内。在钢桥塔的选型中,组合式钢桥塔是一种较为有竞争力的方案。
公轨两用高低塔斜拉桥钢桁梁设计研究
赖亚平, 邓宇, 马振栋
2016, 31(9): 67-72. doi: 10.13206/j.gjg.201609015
摘要:
为确保公轨两用高低塔斜拉桥钢桁梁结构合理并兼具良好的经济性,以重庆红岩村嘉陵江大桥为工程背景,在设计中对钢桁梁横断面布置、桁型选择、节点拼接形式、索梁锚固结构、桥面压重方案、主桁架设方法等进行了比较和研究,结果表明:在主跨375 m和桥宽31.2 m的条件下,高低塔斜拉桥钢桁梁的横断面采用双索面双桁片布置最为合理;主桁采用三角桁,腹杆受力分布相对N形桁更均匀;主桁节点与腹杆采用双剪等强对拼连接,便于安装,可大幅减少高强螺栓数量并显著减小节点板尺寸;索梁锚固采用销耳锚固形,传力明确、构造简单;在下层桥面靠近梁端和辅助墩处采用集中压重避免支座出现负反力,施工简单快捷、工序少;主桁采用散件拼装架设方法受限少,难度低。
变电站新型H型钢人字柱的研究
任源, 柳兆涛, 邱新刚, 周焕林
2016, 31(9): 73-76. doi: 10.13206/j.gjg.201609016
摘要:
总结分析了国内外变电站构架的结构形式、设计计算方法和研究成果及工程应用的现状。变电站构架工作时存在主受力方向,目前广泛应用的构架没有充分考虑这一特点。基于H型钢截面特点,提出并设计了新型型钢构架人字柱结构形式,并对新型H型钢截面无端撑构架和常规圆钢管带端撑和去端撑构架进行了线弹性和弹塑性仿真分析。通过对计算结果的分析可知:常规圆钢管截面带端撑构架去端撑后侧向刚度明显不足,而新型H型钢截面人字柱构架可以去端撑,并且四跨构架满足强度、刚度和稳定性的要求,经济性良好。
加工制作
琴台大道人行天桥制作技术
马腾, 龚海涛
2016, 31(9): 77-79. doi: 10.13206/j.gjg.201609017
摘要:
针对武汉市二环线琴台大道人行天桥结构特点,介绍钢箱梁在制作和架设过程中采取的一系列保证措施。采用单元块划分、工装胎型设计、节段制作、计算机模拟预拼装等工艺,不仅使制作简单化,而且较好地保证构件制作质量,取得了良好的效果。
钢骨混凝土中约束箍筋电阻压接焊焊接工艺及接头试验
王振强, 李智能, 魏奇科, 赵波
2016, 31(9): 80-84. doi: 10.13206/j.gjg.201609018
摘要:
内部钢骨与外包混凝土形成整体可提高钢构件的整体刚度,显著改善钢构件平面扭转屈曲性能,使钢材的强度得以充分发挥,比纯钢结构具有更大的刚度和阻尼,有利于控制结构的变形。通过对电阻压接焊焊接原理和工艺的分析,将焊接过程分为三个阶段,分别是:预压阶段,焊接阶段和回火阶段,通过不同阶段的参数设置来保证焊接钢筋的接头性能高于原钢筋母材,并通过一系列的力学试验加以证明,同时通过金相分析,得出焊接接头性能提高的根本原因在于钢筋焊缝处的金属以针状马氏体为主,焊缝周围以铁素体和奥氏体为主,因此为焊接箍筋替代传统箍筋提供了理论基础。对于钢骨混凝土梁当钢骨上翼缘处于截面受压区,且配置一定数量构造钢筋时,钢骨与混凝土能保持较好的共同工作状态。
施工技术
上海东方体育中心综合馆钢结构拆除临时支撑应力监测分析
谭长建
2016, 31(9): 85-87. doi: 10.13206/j.gjg.201609019
摘要:
上海东方体育中心综合馆钢结构跨度大、质量大,结构受力复杂。为了确保综合馆在拆除临时支撑施工过程中结构构件应力处于安全范围内,对钢结构的关键构件在拆除临时支撑时的应力进行监测。施工现场监测采用无线应力监测系统,以避免施工现场布线的繁杂以及与施工现场施工的相互影响。通过采用该系统,有效地对钢结构拆除临时支撑过程中的应力进行了监测。
河北奥林匹克体育中心体育馆网架滑移施工技术
张泉江, 李洪祥, 施元强, 蒋国平, 李娜
2016, 31(9): 88-91. doi: 10.13206/j.gjg.201609020
摘要:
河北奥林匹克体育中心体育馆上部为周边支承网架屋盖,屋盖为平面网架,跨度大,净空高,且下部为混凝土看台结构,网架安装困难。工程采用在支座下设置滑移轨道,在拼装平台上拼装网架,分块后通过液压顶推器累积滑移网架至安装位置的施工技术,保证了网架安装精度、加快了安装进度、降低了施工成本。工程施工过程中应做好网架挠度、滑移同步性、杆件应力-应变等的监测工作,确保网架施工质量。
超高层建筑加强层施工技术研究
罗飞, 商堪旭, 王恒, 李家宝, 张凯
2016, 31(9): 92-95. doi: 10.13206/j.gjg.201609021
摘要:
随着国内超高层建筑结构的飞速发展,具有现代化建筑风格及高科技含量的超高层建筑越来越多,其特点主要体现在建筑造型新颖、结构体系繁多、节点形式多样等方面,极大程度满足了人们的生活及办公需求。但此类超高层建筑主体结构中复杂桁架结构及碟形节点的安装也给建筑施工带来了新的挑战。以实际工程背景为依托,针对超高层建筑中桁架碟形节点体量大、结构复杂、吊装及安装空间相对狭小等难点,阐述了一种合理高效、安全便捷的超高层建筑加强层施工技术。
五通岷江大桥钢梁架设及关键技术
张建金
2016, 31(9): 96-101. doi: 10.13206/j.gjg.201609022
摘要:
五通岷江特大桥主桥为下弦变桁高双主桁连续钢桁梁桥,跨径布置为(140+224+140)m,主桁采用N型和K型组合桁式。钢梁采用下弦变桁高桁式,结构体系新、技术标准高、架设难度大。采用从两边跨向主跨对称悬臂拼装、跨中合龙技术。边跨钢梁在临时墩上采用半悬臂拼装架设、主跨钢梁采用悬臂架设施工。系统介绍钢梁架设关键技术及主要创新点。
埋入式钢柱施工技术
王满, 邓秀岩, 郭树林, 鲁广, 刘灿卿
2016, 31(9): 102-106. doi: 10.13206/j.gjg.201609023
摘要:
结合北京地铁16号线二期工程28合同段埋入式柱脚施工的实践,总结不同埋深、不同高度、不同截面形式与尺寸下钢柱柱脚的定位、吊装就位、与土建钢筋绑扎、打灰埋设等施工技术及方法,并通过优化角钢套架设计、现场支设垫板等措施保证柱脚埋入施工的质量和安全,取得了良好效果。
防火与防腐
考虑二阶效应的火灾后等肢L形型钢混凝土异形柱偏心距增大系数的研究
高立堂, 李凌敏, 杨超, 蔡维沛
2016, 31(9): 107-110. doi: 10.13206/j.gjg.201609024
摘要:
为了研究考虑二阶效应的火灾后等肢L形型钢混凝土异形柱的偏心距增大系数,在8根受火1 h后的等肢L形型钢混凝土异形柱常温静力加载试验的基础上,测其侧向变形曲线,计算出偏心距增大系数η1,然后将L形截面按照等形心轴惯性矩的原则等效成矩形截面并与异形柱的η2进行比较。为火灾后异形柱偏心距增大系数的计算提供参考和依据。研究表明:通过比较,除DL5的偏心距增大系数相差较大以外,其余计算出的偏心距增大系数比较接近,相差均在10%以内;DL5—DL8异形截面柱的偏心距增大系数要小于矩形截面柱的偏心距增大系数,最大值为10.47%出现在DL5的Y肢方向,表明对于受火后的异形柱来说,双向偏心受压的加载方式更为不利。
软件天地
Tekla Structures与FastCAM软件在套料过程中的结合应用研究
宋建军, 程治, 吴梦先, 陆美引
2016, 31(9): 111-114. doi: 10.13206/j.gjg.201609025
摘要:
主要介绍在钢构件工厂制作过程中将零件板由三维钢结构模型中导出到用于数控切割的全过程。在Tekla Structures模型里中创建零件清单和构件清单;创建零件板的NC文件并转换成能导入Fast CAM的零件图纸;使用"CAD图纸合并程序"将零件图纸合并;经过Auto CAD软件处理后使用Fast CAM软件将零件图纸优化处理转换;进行软件自动排版以达到套料前零件图纸的高效处理,减少套料前处理零件图纸所花的时间和人工参与所产生的误差;最后将所有零件进行套料。该方法可明显提高套料效率和质量。