登录
注册
2026年 第41卷 第10期
2026, 41(10): 1-11.
doi: 10.13206/j.gjgS26082945
摘要
摘要:
钢结构制造与安装具有构件尺度大、非标准化程度高、小批量多品种、装配偏差与焊接热变形较为突出、厚板多层多道焊缝比例高，以及工厂制造与现场安装条件差异较大等特点，而汽车等重复制造行业中成熟的示教再现型焊接机器人难以直接移植到钢结构行业。为明确钢结构焊接机器人所处技术阶段、适用场景及发展方向，按照技术演进、工程应用、关键支撑技术、制约因素和发展趋势的逻辑顺序，对钢桥板单元制造、建筑钢结构工厂制造、复杂厚板节点焊接和现场安装等代表性场景中的机器人应用现状进行梳理，并综合分析近年来数字模型驱动、三维视觉、点云识别、多层多道自适应焊接、数字孪生、移动与协作机器人等的技术进展。结果表明：钢桥U肋板单元、横隔板等规则且重复度较高的工厂制造场景已形成相对成熟的专用装备与机器人自动化体系；H型、箱型及加劲构件等建筑钢结构工厂焊接正由离线编程向建筑信息模型（BIM）与计算机辅助设计（CAD）模型驱动、三维视觉识别和免示教作业方向发展；复杂非标节点、厚板多层多道焊以及高空、狭窄空间等现场作业仍是机器人规模化应用的主要难点。当前技术关注重点已由单纯提高机器人重复定位精度，扩展到对构件实际状态、坡口变化、热变形和焊缝成形的在线感知，以及焊接顺序、焊道排布、工艺参数和质量的闭环决策等方面。钢结构焊接机器人技术路径正在从依赖构件标准化以降低机器人作业难度，逐步拓展至依靠感知、规划与自适应能力以提高对非标准钢结构的适应性方向，且这两类路径在较长时期内仍将并存。未来研究和应用将更多关注模型、数据与焊接知识融合，多模态质量感知，自主移动化、人机协作化与多机器人并行，以及大模型和具身智能支持的任务理解、知识调用与持续学习；但在未来发展过程中，焊接工艺约束、质量验证、数据标准与安全认证仍是自主焊接工程应用的基本边界。
钢结构制造与安装具有构件尺度大、非标准化程度高、小批量多品种、装配偏差与焊接热变形较为突出、厚板多层多道焊缝比例高，以及工厂制造与现场安装条件差异较大等特点，而汽车等重复制造行业中成熟的示教再现型焊接机器人难以直接移植到钢结构行业。为明确钢结构焊接机器人所处技术阶段、适用场景及发展方向，按照技术演进、工程应用、关键支撑技术、制约因素和发展趋势的逻辑顺序，对钢桥板单元制造、建筑钢结构工厂制造、复杂厚板节点焊接和现场安装等代表性场景中的机器人应用现状进行梳理，并综合分析近年来数字模型驱动、三维视觉、点云识别、多层多道自适应焊接、数字孪生、移动与协作机器人等的技术进展。结果表明：钢桥U肋板单元、横隔板等规则且重复度较高的工厂制造场景已形成相对成熟的专用装备与机器人自动化体系；H型、箱型及加劲构件等建筑钢结构工厂焊接正由离线编程向建筑信息模型（BIM）与计算机辅助设计（CAD）模型驱动、三维视觉识别和免示教作业方向发展；复杂非标节点、厚板多层多道焊以及高空、狭窄空间等现场作业仍是机器人规模化应用的主要难点。当前技术关注重点已由单纯提高机器人重复定位精度，扩展到对构件实际状态、坡口变化、热变形和焊缝成形的在线感知，以及焊接顺序、焊道排布、工艺参数和质量的闭环决策等方面。钢结构焊接机器人技术路径正在从依赖构件标准化以降低机器人作业难度，逐步拓展至依靠感知、规划与自适应能力以提高对非标准钢结构的适应性方向，且这两类路径在较长时期内仍将并存。未来研究和应用将更多关注模型、数据与焊接知识融合，多模态质量感知，自主移动化、人机协作化与多机器人并行，以及大模型和具身智能支持的任务理解、知识调用与持续学习；但在未来发展过程中，焊接工艺约束、质量验证、数据标准与安全认证仍是自主焊接工程应用的基本边界。
2026, 41(10): 12-20.
doi: 10.13206/j.gjgS26080701
摘要:
江门中微子实验（JUNO）是我国主导的新一代大型液体闪烁体探测器，旨在通过2万t液闪靶物质精确测定中微子质量顺序并开展多领域前沿研究。针对中心探测器超大体量、超高精度及极低放射性本底的严苛要求，采用了不锈钢单层网壳与有机玻璃球构成的两层嵌套型探测器新构型，采用纯水替代白油作为屏蔽介质，并以网壳取代封闭球壳，以高性价比实现探测器由千吨级向万吨级跨越。重点阐述了中心探测器的结构设计关键技术。首先，针对有机玻璃球在巨大浮力下的受力难题，提出了荷载效应调整方法，通过优化内外液位高差及可调节构件轴向刚度的空间铰，将撑杆内力严格控制在安全限值范围内。其次，为解决结构整体稳定性问题，设计了铰-刚接转换节点，有效提升了有机玻璃球的抗旋转刚度，非线性分析表明结构具有较高的稳定性。第三，攻克了有机玻璃与不锈钢异种材料连接难题，研发了预埋不锈钢环的高强铰接节点，经足尺模型试验验证，其极限承载力达到设计载荷的6倍以上。第四，建立了包含围岩、结构及流体的精细化模型，通过两阶段分析法完成了考虑流固耦合效应的地下空间结构地震响应分析，验证了探测器抗震安全。最后，提出了液闪置换灌装法，通过同步控制液位高差与介质置换，确保了灌装全过程的结构受力安全。
江门中微子实验（JUNO）是我国主导的新一代大型液体闪烁体探测器，旨在通过2万t液闪靶物质精确测定中微子质量顺序并开展多领域前沿研究。针对中心探测器超大体量、超高精度及极低放射性本底的严苛要求，采用了不锈钢单层网壳与有机玻璃球构成的两层嵌套型探测器新构型，采用纯水替代白油作为屏蔽介质，并以网壳取代封闭球壳，以高性价比实现探测器由千吨级向万吨级跨越。重点阐述了中心探测器的结构设计关键技术。首先，针对有机玻璃球在巨大浮力下的受力难题，提出了荷载效应调整方法，通过优化内外液位高差及可调节构件轴向刚度的空间铰，将撑杆内力严格控制在安全限值范围内。其次，为解决结构整体稳定性问题，设计了铰-刚接转换节点，有效提升了有机玻璃球的抗旋转刚度，非线性分析表明结构具有较高的稳定性。第三，攻克了有机玻璃与不锈钢异种材料连接难题，研发了预埋不锈钢环的高强铰接节点，经足尺模型试验验证，其极限承载力达到设计载荷的6倍以上。第四，建立了包含围岩、结构及流体的精细化模型，通过两阶段分析法完成了考虑流固耦合效应的地下空间结构地震响应分析，验证了探测器抗震安全。最后，提出了液闪置换灌装法，通过同步控制液位高差与介质置换，确保了灌装全过程的结构受力安全。
2026, 41(10): 21-29.
摘要:
为适应建筑工业化发展与“双碳”战略对结构高性能化和固废资源化利用提出的迫切需求，拓展钢管混凝土在海洋工程等更多领域的应用，近年来课题组围绕高强钢管混凝土及装配式钢管固废混凝土结构体系，针对梁、柱、剪力墙等关键构件开展了多工况性能研究，提出了兼具高性能与固废资源化双重效益的装配式结构新体系。系统梳理了高强钢管混凝土构件的静力、抗震、抗火及火灾后性能，腐蚀机理与防护措施，纤维增强复合材料（FRP）增强与复合约束技术，以及尾矿砂、再生骨料等固废钢管混凝土材料与构件、双钢板组合剪力墙、防屈曲钢板剪力墙、桁架柱框架和抗连续倒塌等可持续结构体系方面的研究进展。结果表明：高强钢管混凝土的承载力计算理论、FRP约束增强机理与固废混凝土本构模型已较为完善，双钢板-固废混凝土组合剪力墙、防屈曲钢板剪力墙与桁架柱框架等体系性能优良。
为适应建筑工业化发展与“双碳”战略对结构高性能化和固废资源化利用提出的迫切需求，拓展钢管混凝土在海洋工程等更多领域的应用，近年来课题组围绕高强钢管混凝土及装配式钢管固废混凝土结构体系，针对梁、柱、剪力墙等关键构件开展了多工况性能研究，提出了兼具高性能与固废资源化双重效益的装配式结构新体系。系统梳理了高强钢管混凝土构件的静力、抗震、抗火及火灾后性能，腐蚀机理与防护措施，纤维增强复合材料（FRP）增强与复合约束技术，以及尾矿砂、再生骨料等固废钢管混凝土材料与构件、双钢板组合剪力墙、防屈曲钢板剪力墙、桁架柱框架和抗连续倒塌等可持续结构体系方面的研究进展。结果表明：高强钢管混凝土的承载力计算理论、FRP约束增强机理与固废混凝土本构模型已较为完善，双钢板-固废混凝土组合剪力墙、防屈曲钢板剪力墙与桁架柱框架等体系性能优良。
2026, 41(10): 30-38.
doi: 10.13206/j.gjgS26030901
摘要:
地震作用计算与抗震安全性评价方法是中美建筑钢结构设计标准的重要内容。中美工程建设标准都对建筑结构的抗震设防要求、地震动参数选择、地震作用计算方法、抗震钢结构体系、钢构件和节点的抗震安全性评价方法等内容做出了详细规定。为此梳理和总结了中美建筑钢结构抗震相关的技术标准，分析和比较了地震作用计算与钢结构抗震设计部分条文内容，有助于理解中美建筑钢结构的抗震设计要求，对完善中国相关标准规定具有参考价值。
地震作用计算与抗震安全性评价方法是中美建筑钢结构设计标准的重要内容。中美工程建设标准都对建筑结构的抗震设防要求、地震动参数选择、地震作用计算方法、抗震钢结构体系、钢构件和节点的抗震安全性评价方法等内容做出了详细规定。为此梳理和总结了中美建筑钢结构抗震相关的技术标准，分析和比较了地震作用计算与钢结构抗震设计部分条文内容，有助于理解中美建筑钢结构的抗震设计要求，对完善中国相关标准规定具有参考价值。
2026, 41(10): 39-44.
doi: 10.13206/j.gjgS26082746
摘要:
增压式钢结构建筑的增压荷载具有标准值高、持时长、幅值波动等特殊性，其变异性及组合效应是影响结构可靠度的关键因素。通过开展长周期荷载实测，以保障结构可靠度指标为前提，对比了多种主、从荷载组合方式，提出了以极限增压荷载（有界作用）指导的增压式建筑结构设计的方法，以及基于余压控制的增压式钢结构建筑气密性指标及评估方法，开展了建筑单模块（含连接部品）静态气密测试及其等效泄压面积指标评估。结果表明，增压式建筑整体气密性较飞机座舱更优。
增压式钢结构建筑的增压荷载具有标准值高、持时长、幅值波动等特殊性，其变异性及组合效应是影响结构可靠度的关键因素。通过开展长周期荷载实测，以保障结构可靠度指标为前提，对比了多种主、从荷载组合方式，提出了以极限增压荷载（有界作用）指导的增压式建筑结构设计的方法，以及基于余压控制的增压式钢结构建筑气密性指标及评估方法，开展了建筑单模块（含连接部品）静态气密测试及其等效泄压面积指标评估。结果表明，增压式建筑整体气密性较飞机座舱更优。
2026, 41(10): 45-51.
doi: 10.13206/j.gjgS26081745
摘要:
为提高高强钢构件和框架稳定承载力分析的精度，提出一种考虑显式残余应力模型的直接分析方法。该方法采用拟牛顿迭代截面分析技术，将焊接箱形截面和H型截面的残余应力分布纳入截面强度曲面计算；同时引入曲线任意位置铰（ALH）单元，以模拟初始几何缺陷、P-Δ和P-δ二阶效应以及沿构件长度发展的非线性响应。在此基础上，建立基于截面强度迭代曲面的塑性纤维铰模型，并以铰刚度退化描述截面从初始屈服到极限状态的演化过程。箱形截面、焊接H型柱和空间框架算例表明：显式考虑残余应力和初始缺陷后，所得屈服面、极限承载力及荷载-位移响应与已有试验或有限元结果吻合较好，可为高强钢结构的稳定设计提供有效的数值分析工具。
为提高高强钢构件和框架稳定承载力分析的精度，提出一种考虑显式残余应力模型的直接分析方法。该方法采用拟牛顿迭代截面分析技术，将焊接箱形截面和H型截面的残余应力分布纳入截面强度曲面计算；同时引入曲线任意位置铰（ALH）单元，以模拟初始几何缺陷、P-Δ和P-δ二阶效应以及沿构件长度发展的非线性响应。在此基础上，建立基于截面强度迭代曲面的塑性纤维铰模型，并以铰刚度退化描述截面从初始屈服到极限状态的演化过程。箱形截面、焊接H型柱和空间框架算例表明：显式考虑残余应力和初始缺陷后，所得屈服面、极限承载力及荷载-位移响应与已有试验或有限元结果吻合较好，可为高强钢结构的稳定设计提供有效的数值分析工具。
2026, 41(10): 52-64.
doi: 10.13206/j.gjgS26091245
摘要:
当前，全球建筑基建行业加速向绿色低碳、高效集约、智能升级方向转型，钢结构作为现代基建的核心载体，是落实国家“碳中和”战略、推动建筑产业现代化的关键抓手。以Q690、Q960为代表的国产高强钢材，具备强重比优异、用材精简、低碳节能等多重优势，是新时期大型、大跨度、轻量化基建工程的优选材料。但长期以来，各国钢结构设计标准不统一、高强钢焊接工艺难度高、传统设计理论偏保守三大难题，制约了高强钢的规模化、国际化落地，其优异的工程价值与潜力未能充分发挥。为此，系统梳理了国家钢结构工程技术研究中心香港分中心在高强钢技术研发、工艺优化、国际标准对接、标杆工程建设等方面的核心成果，全面展现国产高强钢结构的创新突破与应用价值，展望行业未来发展方向，以期为国内钢结构产业升级、国产钢材出海推广提供重要实践参考。
当前，全球建筑基建行业加速向绿色低碳、高效集约、智能升级方向转型，钢结构作为现代基建的核心载体，是落实国家“碳中和”战略、推动建筑产业现代化的关键抓手。以Q690、Q960为代表的国产高强钢材，具备强重比优异、用材精简、低碳节能等多重优势，是新时期大型、大跨度、轻量化基建工程的优选材料。但长期以来，各国钢结构设计标准不统一、高强钢焊接工艺难度高、传统设计理论偏保守三大难题，制约了高强钢的规模化、国际化落地，其优异的工程价值与潜力未能充分发挥。为此，系统梳理了国家钢结构工程技术研究中心香港分中心在高强钢技术研发、工艺优化、国际标准对接、标杆工程建设等方面的核心成果，全面展现国产高强钢结构的创新突破与应用价值，展望行业未来发展方向，以期为国内钢结构产业升级、国产钢材出海推广提供重要实践参考。
2026, 41(10): 65-72.
doi: 10.13206/j.gjgS26070901
摘要:
以北京地区标志性钢结构工程为研究主线，综合全国其他区域同类工程技术发展，系统分析了我国大跨度钢结构施工技术发展的阶段特征与技术迭代规律。研究将其发展历程划分为四个阶段：初创奠基阶段（1950—1980年），即人工简易建造体系成型期；标准化成型阶段（1980—1999年），即空间网架与机械化施工普及期；异形突破阶段（2000—2010年），即复杂空间钢结构与高强钢技术创新期；智能轻量化成熟阶段（2010年至今），即柔性结构与数字智能建造引领期。在此基础上，从结构体系、施工工法、材料连接与质量管控等方面揭示了各阶段的技术迭代规律，以期为超大超复杂钢结构智能建造技术的创新提供理论支持与实践借鉴。
以北京地区标志性钢结构工程为研究主线，综合全国其他区域同类工程技术发展，系统分析了我国大跨度钢结构施工技术发展的阶段特征与技术迭代规律。研究将其发展历程划分为四个阶段：初创奠基阶段（1950—1980年），即人工简易建造体系成型期；标准化成型阶段（1980—1999年），即空间网架与机械化施工普及期；异形突破阶段（2000—2010年），即复杂空间钢结构与高强钢技术创新期；智能轻量化成熟阶段（2010年至今），即柔性结构与数字智能建造引领期。在此基础上，从结构体系、施工工法、材料连接与质量管控等方面揭示了各阶段的技术迭代规律，以期为超大超复杂钢结构智能建造技术的创新提供理论支持与实践借鉴。
2026, 41(10): 73-83.
doi: 10.13206/j.gjgS26073101
摘要:
随着建筑工业化的不断推进，模块化建筑凭借预制程度高、施工速度快、现场作业少以及绿色低碳等优势在全球得到了广泛应用。其中，模块化钢结构建筑以模块化钢结构单元为基本组件，通过模块化钢结构连接节点连接而成，具有轻质高强、便于工业化生产等优点。目前，国内外学者已围绕模块化钢结构连接节点、模块化钢结构单元和模块化钢结构体系开展了大量研究。基于此，对模块化钢结构连接节点、模块化钢结构单元和模块化钢结构体系三个层面的研究进展进行梳理，总结了不同类型模块化钢结构连接节点的构造形式和力学性能，归纳了不同模块化钢结构单元的受力性能与破坏模式，分析了模块化钢结构体系的静力承载与动力抗震性能，并对模块化钢结构未来的研究方向进行展望。
随着建筑工业化的不断推进，模块化建筑凭借预制程度高、施工速度快、现场作业少以及绿色低碳等优势在全球得到了广泛应用。其中，模块化钢结构建筑以模块化钢结构单元为基本组件，通过模块化钢结构连接节点连接而成，具有轻质高强、便于工业化生产等优点。目前，国内外学者已围绕模块化钢结构连接节点、模块化钢结构单元和模块化钢结构体系开展了大量研究。基于此，对模块化钢结构连接节点、模块化钢结构单元和模块化钢结构体系三个层面的研究进展进行梳理，总结了不同类型模块化钢结构连接节点的构造形式和力学性能，归纳了不同模块化钢结构单元的受力性能与破坏模式，分析了模块化钢结构体系的静力承载与动力抗震性能，并对模块化钢结构未来的研究方向进行展望。
2026, 41(10): 84-94.
doi: 10.13206/j.gjgS26070801
摘要:
经典结构稳定理论通常将结构（构件）失稳分为分支型失稳和极值型失稳，前者在临界点上存在多条平衡路径，后者在失稳前后变形模式保持不变，两者分别在理想状态和考虑初始缺陷状态下发生。然而，在对理想冷弯薄壁C型钢强轴压弯构件的研究中发现，构件在局部屈曲后出现变形模式突变的特征，且仅存在唯一的变形分支，显著区分于分支型失稳和极值型失稳，属于典型的非分支型变形模式突变失稳。为精确研究冷弯薄壁C型钢强轴压弯构件的非分支型变形模式突变失稳行为，采用三维扫描技术和有限元模拟相结合的方法，分析了理想构件与带初始几何缺陷构件的全过程力学响应规律，深入探讨了初始几何缺陷对该类失稳模式的影响。研究结果表明：相较于理想构件，带初始几何缺陷构件的截面中和轴在加载初期会有较小转动；无论是否存在缺陷，中和轴开始转动以后，其转角随着荷载的增加不断变大；冷弯薄壁C型钢强轴压弯构件的非分支型变形模式突变失稳触发机制为局部屈曲导致截面发生应力重分布，使得截面中和轴发生转动，构件整体发生扭转变形。
经典结构稳定理论通常将结构（构件）失稳分为分支型失稳和极值型失稳，前者在临界点上存在多条平衡路径，后者在失稳前后变形模式保持不变，两者分别在理想状态和考虑初始缺陷状态下发生。然而，在对理想冷弯薄壁C型钢强轴压弯构件的研究中发现，构件在局部屈曲后出现变形模式突变的特征，且仅存在唯一的变形分支，显著区分于分支型失稳和极值型失稳，属于典型的非分支型变形模式突变失稳。为精确研究冷弯薄壁C型钢强轴压弯构件的非分支型变形模式突变失稳行为，采用三维扫描技术和有限元模拟相结合的方法，分析了理想构件与带初始几何缺陷构件的全过程力学响应规律，深入探讨了初始几何缺陷对该类失稳模式的影响。研究结果表明：相较于理想构件，带初始几何缺陷构件的截面中和轴在加载初期会有较小转动；无论是否存在缺陷，中和轴开始转动以后，其转角随着荷载的增加不断变大；冷弯薄壁C型钢强轴压弯构件的非分支型变形模式突变失稳触发机制为局部屈曲导致截面发生应力重分布，使得截面中和轴发生转动，构件整体发生扭转变形。
2026, 41(10): 95-106.
doi: 10.13206/j.gjgS26081145
摘要:
针对大尺寸基坑支撑间距增大导致边桁架支撑结构体系水平方向高度增加、坑边作业空间受限及构件通用性不足等问题，提出一种由内、外张弦单元组成，并以冠梁或围檩作为共用上弦压弯构件的嵌套式双张弦钢支撑结构体系。该体系采用内、外张弦单元分区支承，在保持撑杆长度及布置高度不变的条件下，通过调整水平拉杆长度实现支撑跨度可调，并便于构件的模块化与标准化设计。同时与相同36 m跨度的ZXL36型单张弦支撑结构体系相比，嵌套式双张弦钢支撑结构体系的最大矢高由9.113 m减至8.000 m，降低12.2%，撑杆及主动位移控制装置数量均由5个减至4个。基于此，建立了40 m跨度嵌套式双张弦钢支撑结构体系三维有限元模型，分析了预应力施加及等效土压力作用下体系的受力响应；研究了太阳辐射和整体温度变化对支撑体系受力的影响：对于承受25000 kN等效土压力的40 m跨度嵌套式双张弦钢支撑结构体系，预应力施加后，体系形成钢拉杆受拉、撑杆受压的初始拉-压受力状态，共用上弦构件跨中产生63.6 mm的向基坑外主动水平预变形；随着土压力的施加，共用上弦构件跨中位移增为67.1 mm，预应力形成的反向预变形抵消了大部分土压力位移，最终产生向基坑内的水平位移为3.5 mm；外张弦结构单元的斜拉杆、水平拉杆和压杆的轴力分别为14125，9987，-11066 kN，内张弦结构单元的斜拉杆、水平拉杆和压杆的轴力分别为7467，5618，-4947 kN，外张弦单元的总体轴力水平高于内张弦单元；各杆件中截面最大Mises应力为157~409 MPa，其中WXLG杆件达到409 MPa，为该工况下的强度控制杆件。相较于常温等效土压力工况，太阳辐射作用下内、外张弦单元主要杆件轴力绝对值分别降低10.2%～10.3%和约25.9%；相应主要杆件中截面最大Mises应力分别降低2.5%～10.1%和18.5%～27.1%；非均匀升温在撑杆截面形成了较明显的应力梯度，钢拉杆热伸长则引起了体系有效预应力损失，导致共用上弦构件跨中向基坑内的水平位移由3.5 mm增至76.5 mm，超过30 mm水平位移控制值；工程应用中应对支撑体系的水平位移和杆件预应力进行监测，并根据监测结果及时调整预应力，确保支撑体系的位移满足控制要求。整体降温15 ℃后，共用上弦构件跨中水平位移由向基坑内的3.5 mm转变为向基坑外1.8 mm；内、外张弦单元主要杆件轴力绝对值分别增加1.2%~1.3%和1.5%~1.6%，各杆件中截面最大Mises应力增加2.1%~3.7%，整体降温引起的杆件内力和应力变化均较小。
针对大尺寸基坑支撑间距增大导致边桁架支撑结构体系水平方向高度增加、坑边作业空间受限及构件通用性不足等问题，提出一种由内、外张弦单元组成，并以冠梁或围檩作为共用上弦压弯构件的嵌套式双张弦钢支撑结构体系。该体系采用内、外张弦单元分区支承，在保持撑杆长度及布置高度不变的条件下，通过调整水平拉杆长度实现支撑跨度可调，并便于构件的模块化与标准化设计。同时与相同36 m跨度的ZXL36型单张弦支撑结构体系相比，嵌套式双张弦钢支撑结构体系的最大矢高由9.113 m减至8.000 m，降低12.2%，撑杆及主动位移控制装置数量均由5个减至4个。基于此，建立了40 m跨度嵌套式双张弦钢支撑结构体系三维有限元模型，分析了预应力施加及等效土压力作用下体系的受力响应；研究了太阳辐射和整体温度变化对支撑体系受力的影响：对于承受25000 kN等效土压力的40 m跨度嵌套式双张弦钢支撑结构体系，预应力施加后，体系形成钢拉杆受拉、撑杆受压的初始拉-压受力状态，共用上弦构件跨中产生63.6 mm的向基坑外主动水平预变形；随着土压力的施加，共用上弦构件跨中位移增为67.1 mm，预应力形成的反向预变形抵消了大部分土压力位移，最终产生向基坑内的水平位移为3.5 mm；外张弦结构单元的斜拉杆、水平拉杆和压杆的轴力分别为14125，9987，-11066 kN，内张弦结构单元的斜拉杆、水平拉杆和压杆的轴力分别为7467，5618，-4947 kN，外张弦单元的总体轴力水平高于内张弦单元；各杆件中截面最大Mises应力为157~409 MPa，其中WXLG杆件达到409 MPa，为该工况下的强度控制杆件。相较于常温等效土压力工况，太阳辐射作用下内、外张弦单元主要杆件轴力绝对值分别降低10.2%～10.3%和约25.9%；相应主要杆件中截面最大Mises应力分别降低2.5%～10.1%和18.5%～27.1%；非均匀升温在撑杆截面形成了较明显的应力梯度，钢拉杆热伸长则引起了体系有效预应力损失，导致共用上弦构件跨中向基坑内的水平位移由3.5 mm增至76.5 mm，超过30 mm水平位移控制值；工程应用中应对支撑体系的水平位移和杆件预应力进行监测，并根据监测结果及时调整预应力，确保支撑体系的位移满足控制要求。整体降温15 ℃后，共用上弦构件跨中水平位移由向基坑内的3.5 mm转变为向基坑外1.8 mm；内、外张弦单元主要杆件轴力绝对值分别增加1.2%~1.3%和1.5%~1.6%，各杆件中截面最大Mises应力增加2.1%~3.7%，整体降温引起的杆件内力和应力变化均较小。
2026, 41(10): 107-116.
doi: 10.13206/j.gjgS26080301
摘要:
天轮平台梁是煤矿立井井架中的关键受力构件，为揭示随机萌生、局部深透的点蚀损伤对其力学性能的影响机制，对河南某煤矿立井井架箱型截面天轮平台梁进行研究。基于ANSYS软件建立了结构的有限元分析模型，通过试验数据验证了数值模型的有效性。在此基础上，探讨了点蚀坑深度、宽度及径深比对应力集中系数的影响规律，进一步研究了点蚀坑宽度及其沿梁长度和宽度方向的分布形式对结构极限承载力的影响机理。结果表明：结构应力集中系数受点蚀坑几何参数影响较大；点蚀坑区域的局部刚度随宽度的增加而增大；结构处于弹性阶段时，点蚀坑在梁长度和宽度方向的分布位置对结构刚度影响较小；进入塑性阶段后，点蚀坑在宽度的位置变化对结构极限承载力影响相对较大，损失率最高可达3.32%，约1042 kN。
天轮平台梁是煤矿立井井架中的关键受力构件，为揭示随机萌生、局部深透的点蚀损伤对其力学性能的影响机制，对河南某煤矿立井井架箱型截面天轮平台梁进行研究。基于ANSYS软件建立了结构的有限元分析模型，通过试验数据验证了数值模型的有效性。在此基础上，探讨了点蚀坑深度、宽度及径深比对应力集中系数的影响规律，进一步研究了点蚀坑宽度及其沿梁长度和宽度方向的分布形式对结构极限承载力的影响机理。结果表明：结构应力集中系数受点蚀坑几何参数影响较大；点蚀坑区域的局部刚度随宽度的增加而增大；结构处于弹性阶段时，点蚀坑在梁长度和宽度方向的分布位置对结构刚度影响较小；进入塑性阶段后，点蚀坑在宽度的位置变化对结构极限承载力影响相对较大，损失率最高可达3.32%，约1042 kN。
