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2022年 第37卷 第9期
2022, 37(9): 1-7.
doi: 10.13206/j.gjgS22071501
摘要
PDF (5809KB)
摘要:
耐候钢在使用过程中,会受到温度、碰撞、荷载等各类作用的影响,致使其力学性能发生改变。已有研究表明,腐蚀对耐候钢的力学性能影响显著,不容忽视。为获得Q235NH腐蚀后的拉伸性能,在35 ℃下,采用中性盐雾试验(浓度为(50±5)g/L、pH值为6.5~7.2的盐溶液)对Q235NH试件进行加速腐蚀,加速腐蚀时间分别为6,24,48,72,96 h,并对腐蚀后的试件进行拉伸试验研究,探明了Q235NH试件腐蚀形貌、拉伸断口、应力-应变关系曲线、以及力学性能参数变化规律,并对力学性能参数变化规律进行了算式拟合、对应力-应变关系进行了本构模型建立、对折减系数退化规律进行了分析。试验结果表明:1)腐蚀初期,仅出现局部腐蚀,随着腐蚀时间增加,锈蚀愈加明显,并伴有锈层脱落现象;试件的应力-应变关系曲线有明显屈服平台,腐蚀后Q235NH的应力-应变曲线均低于未腐蚀状态,屈服段有缩短的现象;随着腐蚀时间的增加,试件强度表现为先降低、后升高、再降低的趋势;引起这些现象的原因是耐候钢腐蚀后,其表面会形成保护性锈层,对基底有保护作用,随着腐蚀时间的增加,锈层吸附力增加,减缓了试件力学性能的下降。2)随腐蚀时间的增加,屈服强度、抗拉强度、屈强比及其折减系数随腐蚀时间的增加呈现出线性退化趋势,建立了屈服强度、抗拉强度、屈强比及其折减系数随腐蚀时间变化的线性退化关系。3)对二次塑流本构模型的强化阶段进行了β参数修正,得到修正的二次塑流本构模型可以很好地模拟腐蚀前后Q235NH的应力-应变关系,同时,对影响Q235NH的应力-应变关系曲线的形状参数k1、k2、k3进行分析,提出了Q235NH形状控制参数k2、k3的建议值、并得到了形状控制参数k1随时间变化的线性退化规律。通过对常态下Q235NH进行拉伸试验,得出相关参数,结合强度等随腐蚀时间折减规律及修正的二次塑流本构模型,可以推算材料腐蚀后力学性能折减情况。
耐候钢在使用过程中,会受到温度、碰撞、荷载等各类作用的影响,致使其力学性能发生改变。已有研究表明,腐蚀对耐候钢的力学性能影响显著,不容忽视。为获得Q235NH腐蚀后的拉伸性能,在35 ℃下,采用中性盐雾试验(浓度为(50±5)g/L、pH值为6.5~7.2的盐溶液)对Q235NH试件进行加速腐蚀,加速腐蚀时间分别为6,24,48,72,96 h,并对腐蚀后的试件进行拉伸试验研究,探明了Q235NH试件腐蚀形貌、拉伸断口、应力-应变关系曲线、以及力学性能参数变化规律,并对力学性能参数变化规律进行了算式拟合、对应力-应变关系进行了本构模型建立、对折减系数退化规律进行了分析。试验结果表明:1)腐蚀初期,仅出现局部腐蚀,随着腐蚀时间增加,锈蚀愈加明显,并伴有锈层脱落现象;试件的应力-应变关系曲线有明显屈服平台,腐蚀后Q235NH的应力-应变曲线均低于未腐蚀状态,屈服段有缩短的现象;随着腐蚀时间的增加,试件强度表现为先降低、后升高、再降低的趋势;引起这些现象的原因是耐候钢腐蚀后,其表面会形成保护性锈层,对基底有保护作用,随着腐蚀时间的增加,锈层吸附力增加,减缓了试件力学性能的下降。2)随腐蚀时间的增加,屈服强度、抗拉强度、屈强比及其折减系数随腐蚀时间的增加呈现出线性退化趋势,建立了屈服强度、抗拉强度、屈强比及其折减系数随腐蚀时间变化的线性退化关系。3)对二次塑流本构模型的强化阶段进行了β参数修正,得到修正的二次塑流本构模型可以很好地模拟腐蚀前后Q235NH的应力-应变关系,同时,对影响Q235NH的应力-应变关系曲线的形状参数k1、k2、k3进行分析,提出了Q235NH形状控制参数k2、k3的建议值、并得到了形状控制参数k1随时间变化的线性退化规律。通过对常态下Q235NH进行拉伸试验,得出相关参数,结合强度等随腐蚀时间折减规律及修正的二次塑流本构模型,可以推算材料腐蚀后力学性能折减情况。
2022, 37(9): 8-16.
doi: 10.13206/j.gjgS22022202
摘要:
型钢混凝土结构具有承载力高、抗震性能好和裂缝可控制等优点,近年来在建筑结构中已经得到了广泛的研究和应用,但型钢混凝土现阶段存在钢筋可能贯穿内型钢,削弱型钢承载力的问题,同时造成施工过程中工艺复杂。银川绿地中心作为宁夏回族自治区的第一高楼,工程中两座塔楼均采用框架-核心筒混合结构体系,外框架由H型钢梁和型钢混凝土柱构成,在型钢混凝土梁柱节点处有大量箍筋需要穿透型钢,造成施工困难。根据工程实际情况,提出了一种新型箍筋加强型节点的构造方法,以解决施工存在问题。针对此背景,基于两种型钢混凝土梁柱节点试验,应用ABAQUS平台建立了箍筋穿透型节点和箍筋加强型节点的柱节点模型,在试验验证数值模型的基础上,深入分析箍筋加强型节点构造措施的可行性,考察了改进构造措施和原构造措施的承载力差别。为探究不同设计参数对改进构造措施的承载性能影响,以箍筋加强型节点试件数值模型为基准进行参数分析,考察了轴压比、型钢含钢率、柱中纵筋配筋率对箍筋加强型节点的骨架曲线的影响。结果表明:所建立的数值模型可以良好模拟节点构件在恒定轴压和水平低周往复位移作用下的承载力峰值、骨架曲线和破坏模式;所模拟的两种节点构造的变形能力、破坏特征与极限承载力基本相同,与试验现象一致,说明箍筋加强型能够满足结构承载力和破坏模式的要求,在施工困难的部位可采用箍筋加强型节点替代箍筋穿透型节点。参数分析结果表明:随着轴压比增大,骨架曲线的峰值荷载不变,节点试验延性逐渐降低;随着型钢混凝土含钢率的增加,构件承载力有一定幅度的提高,但研究范围的配钢率对改进工法构件延性影响很小;主筋配筋率对箍筋加强型节点的骨架曲线的影响较大,随主筋配筋率增加,峰值承载力显著增大。
型钢混凝土结构具有承载力高、抗震性能好和裂缝可控制等优点,近年来在建筑结构中已经得到了广泛的研究和应用,但型钢混凝土现阶段存在钢筋可能贯穿内型钢,削弱型钢承载力的问题,同时造成施工过程中工艺复杂。银川绿地中心作为宁夏回族自治区的第一高楼,工程中两座塔楼均采用框架-核心筒混合结构体系,外框架由H型钢梁和型钢混凝土柱构成,在型钢混凝土梁柱节点处有大量箍筋需要穿透型钢,造成施工困难。根据工程实际情况,提出了一种新型箍筋加强型节点的构造方法,以解决施工存在问题。针对此背景,基于两种型钢混凝土梁柱节点试验,应用ABAQUS平台建立了箍筋穿透型节点和箍筋加强型节点的柱节点模型,在试验验证数值模型的基础上,深入分析箍筋加强型节点构造措施的可行性,考察了改进构造措施和原构造措施的承载力差别。为探究不同设计参数对改进构造措施的承载性能影响,以箍筋加强型节点试件数值模型为基准进行参数分析,考察了轴压比、型钢含钢率、柱中纵筋配筋率对箍筋加强型节点的骨架曲线的影响。结果表明:所建立的数值模型可以良好模拟节点构件在恒定轴压和水平低周往复位移作用下的承载力峰值、骨架曲线和破坏模式;所模拟的两种节点构造的变形能力、破坏特征与极限承载力基本相同,与试验现象一致,说明箍筋加强型能够满足结构承载力和破坏模式的要求,在施工困难的部位可采用箍筋加强型节点替代箍筋穿透型节点。参数分析结果表明:随着轴压比增大,骨架曲线的峰值荷载不变,节点试验延性逐渐降低;随着型钢混凝土含钢率的增加,构件承载力有一定幅度的提高,但研究范围的配钢率对改进工法构件延性影响很小;主筋配筋率对箍筋加强型节点的骨架曲线的影响较大,随主筋配筋率增加,峰值承载力显著增大。
2022, 37(9): 17-24.
doi: 10.13206/j.gjgS21011901
摘要:
张弦结构由上弦刚体、下弦柔性拉杆及其之间的刚性撑杆构成,柔性拉杆通常采用钢索或钢拉杆,在结构体系中为受拉构件。温州机场在天窗部位布置异形张弦结构,设计院对张弦结构钢拉杆施工成型内力提出了明确的容许范围。根据钢结构总体施工方案,张弦结构在楼面拼装阶段采用被动建立预应力技术,施加初拉力后随屋盖整体提升到设计标高。设计明确了张弦结构施工完毕状态钢拉杆内力标准值,称为成型内力标准值。以成型内力标准值为目标值,结合钢结构施工方案和钢拉杆张拉方案,采用全过程仿真模拟分析技术,试算求出钢拉杆初拉力标准值。为保证钢拉杆成型内力满足设计要求,掌握钢拉杆内力变化过程,确保结构处于安全状态,需对钢拉杆施工过程中的内力进行监测。频率法测量钢拉杆内力是基于频率与内力间相关关系由频率直接推算得出。分析该天窗张弦结构的特点可以发现,钢拉杆两端均通过销轴连接,边界条件近似于理想铰接,这种边界条件在钢拉杆振动时,对振动幅度的衰减和振动频率的干扰最小。因此,频率法适用于本工程钢拉杆内力监测。提升过程是结构受力体系转换的过程,是一个动态变化的过程,也是钢拉杆内力波动最频繁的过程,需对钢拉杆内力进行监测。考虑到应变法技术成熟、对环境变化适应能力强、操作简便、结果可靠的特点,提升过程中,采用在钢拉杆上安装应变传感器的方法来监测钢拉杆的内力。通过施工模拟、测点选择、施工准备及设备安装、现场测试以及数据采集、分析,得出如下结果和结论:1)频率法与应变法测量的结果都在允许范围内,避免了张拉力不足或超张拉现象,验证了被动预应力施工技术的可行性;2)实测内力变化趋势与理论计算分析内力变化趋势相符,说明了实测值的有效性;3)两种测量方法差值的相对值和绝对值满足GB 50755—2020《钢结构工程施工规范》要求,说明两种方法都适用于本工程。
张弦结构由上弦刚体、下弦柔性拉杆及其之间的刚性撑杆构成,柔性拉杆通常采用钢索或钢拉杆,在结构体系中为受拉构件。温州机场在天窗部位布置异形张弦结构,设计院对张弦结构钢拉杆施工成型内力提出了明确的容许范围。根据钢结构总体施工方案,张弦结构在楼面拼装阶段采用被动建立预应力技术,施加初拉力后随屋盖整体提升到设计标高。设计明确了张弦结构施工完毕状态钢拉杆内力标准值,称为成型内力标准值。以成型内力标准值为目标值,结合钢结构施工方案和钢拉杆张拉方案,采用全过程仿真模拟分析技术,试算求出钢拉杆初拉力标准值。为保证钢拉杆成型内力满足设计要求,掌握钢拉杆内力变化过程,确保结构处于安全状态,需对钢拉杆施工过程中的内力进行监测。频率法测量钢拉杆内力是基于频率与内力间相关关系由频率直接推算得出。分析该天窗张弦结构的特点可以发现,钢拉杆两端均通过销轴连接,边界条件近似于理想铰接,这种边界条件在钢拉杆振动时,对振动幅度的衰减和振动频率的干扰最小。因此,频率法适用于本工程钢拉杆内力监测。提升过程是结构受力体系转换的过程,是一个动态变化的过程,也是钢拉杆内力波动最频繁的过程,需对钢拉杆内力进行监测。考虑到应变法技术成熟、对环境变化适应能力强、操作简便、结果可靠的特点,提升过程中,采用在钢拉杆上安装应变传感器的方法来监测钢拉杆的内力。通过施工模拟、测点选择、施工准备及设备安装、现场测试以及数据采集、分析,得出如下结果和结论:1)频率法与应变法测量的结果都在允许范围内,避免了张拉力不足或超张拉现象,验证了被动预应力施工技术的可行性;2)实测内力变化趋势与理论计算分析内力变化趋势相符,说明了实测值的有效性;3)两种测量方法差值的相对值和绝对值满足GB 50755—2020《钢结构工程施工规范》要求,说明两种方法都适用于本工程。
2022, 37(9): 25-29.
doi: 10.13206/j.gjgS22061007
摘要:
钢结构建筑因其强度大、韧性好、可塑性强、施工周期短、绿色环保等优势,得到了现代设计师们的青睐。在钢结构现场安装中,当钢结构整体吊装完毕并将荷载全部施加完后,需要进行卸载处理。大跨度空间管桁架结构在卸载中,由于其管件数量众多,节点形式各不相同,造成结构整体内力复杂多变,各杆件之间的受力难以确定,若盲目地选定其卸载顺序可能会造成结构局部受力过大,从而导致结构产生塑性变形甚至结构破坏,所以确定合理的卸载顺序就变得尤为重要。以石药健康城项目为研究对象,给出了一种空间管桁架结构的卸载方法,并进行了有限元仿真模拟。具体的,在卸载过程中,首先进行初级卸载,即将非主要受力支架进行一次性拆除,然后进行二级卸载,即再对主要受力支架进行分步卸载。整个过程采用MIDAS/Gen有限元分析软件对结构和主要受力支架进行仿真模拟分析,考虑到仿真模拟的目的即确定卸载顺序,所以支架用∅219×10的钢管来代替,且设置为只受压单元,卸载时采用钢管两端施加强制位移的方式。经确定,卸载顺序以模拟出来的支架支反力大小为主要依据,对支反力大的支架进行优先卸载,具体以最大支反力的两组支架为当前卸载步,每次卸载量为10 mm,每个卸载步都进行一次受力计算,根据当前支反力的大小确定下一次的卸载顺序,以此往复模拟卸载,直至最后卸载完毕,并将模拟出来的具体卸载顺序应用于实际施工中作为指导。另外,在整个模拟过程中,对于出现支反力为0且不再发生变化或变化不大的支架直接进行拆除,不再进行模拟计算。在模拟分析过程中,记录结构杆件的应力变化情况,并标记出发生最大应力的杆件,通过杆件应力的大小及变化情况来证明此卸载方法的可行性,在现场实际卸载过程中也可以对这些杆件进行应力监测,确保卸载过程中整体结构的稳定性。经模拟分析,整体卸载完毕共需19个卸载步,在卸载过程中并未出现变形及应力超限的情况,模拟过程中的结果分别为:支架的最大支反力为1 033 kN,结构的最大挠度为59.27 mm,最大应力为236.40 MPa。
钢结构建筑因其强度大、韧性好、可塑性强、施工周期短、绿色环保等优势,得到了现代设计师们的青睐。在钢结构现场安装中,当钢结构整体吊装完毕并将荷载全部施加完后,需要进行卸载处理。大跨度空间管桁架结构在卸载中,由于其管件数量众多,节点形式各不相同,造成结构整体内力复杂多变,各杆件之间的受力难以确定,若盲目地选定其卸载顺序可能会造成结构局部受力过大,从而导致结构产生塑性变形甚至结构破坏,所以确定合理的卸载顺序就变得尤为重要。以石药健康城项目为研究对象,给出了一种空间管桁架结构的卸载方法,并进行了有限元仿真模拟。具体的,在卸载过程中,首先进行初级卸载,即将非主要受力支架进行一次性拆除,然后进行二级卸载,即再对主要受力支架进行分步卸载。整个过程采用MIDAS/Gen有限元分析软件对结构和主要受力支架进行仿真模拟分析,考虑到仿真模拟的目的即确定卸载顺序,所以支架用∅219×10的钢管来代替,且设置为只受压单元,卸载时采用钢管两端施加强制位移的方式。经确定,卸载顺序以模拟出来的支架支反力大小为主要依据,对支反力大的支架进行优先卸载,具体以最大支反力的两组支架为当前卸载步,每次卸载量为10 mm,每个卸载步都进行一次受力计算,根据当前支反力的大小确定下一次的卸载顺序,以此往复模拟卸载,直至最后卸载完毕,并将模拟出来的具体卸载顺序应用于实际施工中作为指导。另外,在整个模拟过程中,对于出现支反力为0且不再发生变化或变化不大的支架直接进行拆除,不再进行模拟计算。在模拟分析过程中,记录结构杆件的应力变化情况,并标记出发生最大应力的杆件,通过杆件应力的大小及变化情况来证明此卸载方法的可行性,在现场实际卸载过程中也可以对这些杆件进行应力监测,确保卸载过程中整体结构的稳定性。经模拟分析,整体卸载完毕共需19个卸载步,在卸载过程中并未出现变形及应力超限的情况,模拟过程中的结果分别为:支架的最大支反力为1 033 kN,结构的最大挠度为59.27 mm,最大应力为236.40 MPa。
2022, 37(9): 30-55.
doi: 10.13206/j.gjgS22032603
摘要:
对箱形截面压弯杆弯扭屈曲承载力验算公式进行了理论研究,主要工作如下:1)对我国、欧洲和美国的钢结构设计规范中H形截面压弯杆平面外稳定验算公式进行了比较,指出了改进的可能性;2)对有初始弯曲和扭转压弯杆的弹性弯扭变形进行了二阶分析,在引入初始弯曲和初始扭转的特定关系后,得到了二阶效应放大后的弯曲、扭转、弯矩和双力矩的简单的解析表达式;3)对箱形截面绕强轴和绕弱轴的单向压弯塑性铰状态的强度公式分别进行了单一表达式拟合,对给定压力时双向弯矩作用下的塑性铰状态的双向弯矩相关关系进行了计算,提出了精度良好略偏安全的公式,并将提出的公式进行改造,使之能够考虑双力矩的影响;4)参照压弯杆平面内稳定验算公式的推导方法,利用已知的绕弱轴弯曲屈曲的柱子稳定系数公式,反推获得了压杆绕弱轴弯曲屈曲的等效初始弯曲,该等效初始弯曲综合考虑了残余应力、初始弯曲和塑性开展过程带来的额外挠度增量;5)引入该等效初始弯曲,采用平面内二阶分析获得的二阶弯矩、平面外二阶弯矩和二阶双力矩等,代入双向压弯强度计算式,得到压弯杆弯扭屈曲承载力的上限解。为了获得更为接近实际的承载力相关关系,对弹性分析得到的平面内二阶弯矩和平面外二阶弯矩以及双力矩进行弹塑性放大,得到了箱形截面压弯杆的弯扭屈曲计算公式,画出了一系列曲线,提出了拟合公式。可知:在长细比较小时,曲线接近强度相关曲线、随长细比增大,曲线接近弹性屈曲相关公式;继续增大长细比,则曲线超越弹性屈曲相关公式。对比研究表明,现行GB 50017—2017《钢结构设计标准》中的平面内和平面外稳定计算公式共同控制着杆件的承载力,在现行平面外稳定公式看似偏不安全的地方,由平面内稳定公式保证杆件安全。
对箱形截面压弯杆弯扭屈曲承载力验算公式进行了理论研究,主要工作如下:1)对我国、欧洲和美国的钢结构设计规范中H形截面压弯杆平面外稳定验算公式进行了比较,指出了改进的可能性;2)对有初始弯曲和扭转压弯杆的弹性弯扭变形进行了二阶分析,在引入初始弯曲和初始扭转的特定关系后,得到了二阶效应放大后的弯曲、扭转、弯矩和双力矩的简单的解析表达式;3)对箱形截面绕强轴和绕弱轴的单向压弯塑性铰状态的强度公式分别进行了单一表达式拟合,对给定压力时双向弯矩作用下的塑性铰状态的双向弯矩相关关系进行了计算,提出了精度良好略偏安全的公式,并将提出的公式进行改造,使之能够考虑双力矩的影响;4)参照压弯杆平面内稳定验算公式的推导方法,利用已知的绕弱轴弯曲屈曲的柱子稳定系数公式,反推获得了压杆绕弱轴弯曲屈曲的等效初始弯曲,该等效初始弯曲综合考虑了残余应力、初始弯曲和塑性开展过程带来的额外挠度增量;5)引入该等效初始弯曲,采用平面内二阶分析获得的二阶弯矩、平面外二阶弯矩和二阶双力矩等,代入双向压弯强度计算式,得到压弯杆弯扭屈曲承载力的上限解。为了获得更为接近实际的承载力相关关系,对弹性分析得到的平面内二阶弯矩和平面外二阶弯矩以及双力矩进行弹塑性放大,得到了箱形截面压弯杆的弯扭屈曲计算公式,画出了一系列曲线,提出了拟合公式。可知:在长细比较小时,曲线接近强度相关曲线、随长细比增大,曲线接近弹性屈曲相关公式;继续增大长细比,则曲线超越弹性屈曲相关公式。对比研究表明,现行GB 50017—2017《钢结构设计标准》中的平面内和平面外稳定计算公式共同控制着杆件的承载力,在现行平面外稳定公式看似偏不安全的地方,由平面内稳定公式保证杆件安全。
2022, 37(9): 56-58.
doi: 10.13206/j.gjgS22082205
摘要:
介绍了外包混凝土式钢柱脚的解剖分析,以揭示外包层是钢柱的支座还是与钢柱共同工作的一部分。在布置足够栓钉的情况下,给出了保证最低限度共同工作的外包高度,同时给出了栓钉数量计算公式。
介绍了外包混凝土式钢柱脚的解剖分析,以揭示外包层是钢柱的支座还是与钢柱共同工作的一部分。在布置足够栓钉的情况下,给出了保证最低限度共同工作的外包高度,同时给出了栓钉数量计算公式。
