登录
注册
当期目录
2026年 第41卷 第3期
2026, 41(3): 1-17.
doi: 10.13206/j.gjgS25082701
摘要
PDF (6277KB)
摘要:
为提升模块化钢结构模块间连接节点的装配效率及抗震性能，针对所提出的钢结构模块间拼接节点，采用拟静力低周往复加载试验和有限元数值模拟分析方法，研究了模块间拼接节点在循环往复荷载作用下的极限承载力、破坏机理、滞回特性及耗能机理。研究结果表明：柱节点域设置的内隔板对节点抗震性能影响显著，并对柱壁的刚度有显著的提升作用；模块梁上下翼缘设置的盖板可有效传递梁端弯矩，促使梁端塑性铰外移并充分发展，从而显著提升节点的抗震性能；L 形连接件对节点核心区柱壁刚度具有较强的加强作用，并对节点的承载力和延性均有显著提升；有限元参数分析和应力路径分析表明，改变模块间拼接节点试件的水平连接板厚度对节点承载力和耗能能力影响不明显，但对节点延性性能具有明显改善。
为提升模块化钢结构模块间连接节点的装配效率及抗震性能，针对所提出的钢结构模块间拼接节点，采用拟静力低周往复加载试验和有限元数值模拟分析方法，研究了模块间拼接节点在循环往复荷载作用下的极限承载力、破坏机理、滞回特性及耗能机理。研究结果表明：柱节点域设置的内隔板对节点抗震性能影响显著，并对柱壁的刚度有显著的提升作用；模块梁上下翼缘设置的盖板可有效传递梁端弯矩，促使梁端塑性铰外移并充分发展，从而显著提升节点的抗震性能；L 形连接件对节点核心区柱壁刚度具有较强的加强作用，并对节点的承载力和延性均有显著提升；有限元参数分析和应力路径分析表明，改变模块间拼接节点试件的水平连接板厚度对节点承载力和耗能能力影响不明显，但对节点延性性能具有明显改善。
2026, 41(3): 18-28.
doi: 10.13206/j.gjgS24121701
摘要:
平单轴结构的光伏跟踪支架为风敏感结构，风荷载的作用导致支架主梁产生较大的扭矩。美国规范中仅对矩形管和圆管截面进行了设计规定，对多边形管截面在实际工程中的应用却无明确计算依据，且国内规范尚没有钢结构抗扭设计的相关规定。根据壳单元屈曲理论、规范原理、数值模拟的方式对薄壁闭口截面的抗扭承载力进行了分析和对比。结果表明：在满足一定宽厚比条件下，理论计算结果与数值模拟结果基本一致，据此可建立相应的抗扭承载力计算公式。并进一步结合平单轴主梁的受力特点，探讨了其截面优化设计方法。
平单轴结构的光伏跟踪支架为风敏感结构，风荷载的作用导致支架主梁产生较大的扭矩。美国规范中仅对矩形管和圆管截面进行了设计规定，对多边形管截面在实际工程中的应用却无明确计算依据，且国内规范尚没有钢结构抗扭设计的相关规定。根据壳单元屈曲理论、规范原理、数值模拟的方式对薄壁闭口截面的抗扭承载力进行了分析和对比。结果表明：在满足一定宽厚比条件下，理论计算结果与数值模拟结果基本一致，据此可建立相应的抗扭承载力计算公式。并进一步结合平单轴主梁的受力特点，探讨了其截面优化设计方法。
2026, 41(3): 29-35.
doi: 10.13206/j.gjgS24120401
摘要:
国内学者在薄钢板剪力墙的基础上提出了一种由四角约束屈曲支撑和中央剪切钢板组合而成的抗侧力结构体系，可达到将结构非弹性变形集中于中央耗能元件区域，震后易于替换和降低结构修复成本的目的。然而，该结构体系中的剪切钢板在水平荷载作用下平面外位移较大，不利于剪切钢板充分稳定地耗散地震能量。为解决这一问题，对上述约束屈曲支撑进行改进，提出套管外包式双钢管约束屈曲支撑。采用有限元分析软件对7个双钢管约束屈曲支撑进行单向加载和循环往复加载，对比是否加设外包套管、外包套管与内核管的刚度比等参数的变化对数值模拟结果的影响。结果表明：套管外包式双钢管约束屈曲支撑在拉力荷载作用下外包套管与内核钢管协同受力，在压力荷载作用下外包套管与内核钢管分离，仅由内核钢管提供抗压刚度，支撑的抗拉刚度和抗拉承载能力大于抗压刚度和抗压承载能力，且外包套管与内核钢管的刚度比越大，此差别越显著；套管外包式双钢管约束屈曲支撑具有较好的延性和耗能能力，将套管外包式双钢管约束屈曲支撑布置在一系列类似交叉支撑的组合结构体系中，可通过拉压刚度的不同自限制结构的平面外侧移，充分发挥结构体系稳定耗散地震能量的能力。
国内学者在薄钢板剪力墙的基础上提出了一种由四角约束屈曲支撑和中央剪切钢板组合而成的抗侧力结构体系，可达到将结构非弹性变形集中于中央耗能元件区域，震后易于替换和降低结构修复成本的目的。然而，该结构体系中的剪切钢板在水平荷载作用下平面外位移较大，不利于剪切钢板充分稳定地耗散地震能量。为解决这一问题，对上述约束屈曲支撑进行改进，提出套管外包式双钢管约束屈曲支撑。采用有限元分析软件对7个双钢管约束屈曲支撑进行单向加载和循环往复加载，对比是否加设外包套管、外包套管与内核管的刚度比等参数的变化对数值模拟结果的影响。结果表明：套管外包式双钢管约束屈曲支撑在拉力荷载作用下外包套管与内核钢管协同受力，在压力荷载作用下外包套管与内核钢管分离，仅由内核钢管提供抗压刚度，支撑的抗拉刚度和抗拉承载能力大于抗压刚度和抗压承载能力，且外包套管与内核钢管的刚度比越大，此差别越显著；套管外包式双钢管约束屈曲支撑具有较好的延性和耗能能力，将套管外包式双钢管约束屈曲支撑布置在一系列类似交叉支撑的组合结构体系中，可通过拉压刚度的不同自限制结构的平面外侧移，充分发挥结构体系稳定耗散地震能量的能力。
2026, 41(3): 36-43.
doi: 10.13206/j.gjgS25043001
摘要:
拉索弹性模量换算法是一种通过对拉索弹性模量进行换算从而在整体斜拉桥结构分析中考虑拉索腐蚀效应的方法。然而该方法对拉索钢丝表面复杂蚀坑分布情况下的适用性存疑，且未考虑其在蚀坑附近应力集中较大时的适用性。通过对拉索钢丝表面蚀坑的有限元模拟，考虑两参量耦合关系，采用二元拟合方法联合拟合了蚀坑长短轴比、深度、数量、间距等参数与钢丝应力集中系数的关系，并验证了上述参数组合下弹性模量换算法的适用性，通过某斜拉桥成桥状态下拉索应力的对比，定义了该换算法的基本适用条件。结果表明：应力集中系数总体随着蚀坑长短轴比、蚀坑深度和蚀坑数量的增大而增大，随着蚀坑间距的增大而减小；弹性模量换算法可较好地适用于各蚀坑参数的组合工况并满足工程计算的精度要求，但不能直接适用于拉索局部应力值超出钢丝极限强度的情况。
拉索弹性模量换算法是一种通过对拉索弹性模量进行换算从而在整体斜拉桥结构分析中考虑拉索腐蚀效应的方法。然而该方法对拉索钢丝表面复杂蚀坑分布情况下的适用性存疑，且未考虑其在蚀坑附近应力集中较大时的适用性。通过对拉索钢丝表面蚀坑的有限元模拟，考虑两参量耦合关系，采用二元拟合方法联合拟合了蚀坑长短轴比、深度、数量、间距等参数与钢丝应力集中系数的关系，并验证了上述参数组合下弹性模量换算法的适用性，通过某斜拉桥成桥状态下拉索应力的对比，定义了该换算法的基本适用条件。结果表明：应力集中系数总体随着蚀坑长短轴比、蚀坑深度和蚀坑数量的增大而增大，随着蚀坑间距的增大而减小；弹性模量换算法可较好地适用于各蚀坑参数的组合工况并满足工程计算的精度要求，但不能直接适用于拉索局部应力值超出钢丝极限强度的情况。
2026, 41(3): 44-49.
doi: 10.13206/j.gjgS25080102
摘要:
为获取HRB400钢在拉伸和剪切应力状态下的弹塑性本构参数，通过加工光滑实心圆棒和空心薄壁圆管试样，分别开展单轴拉伸和纯扭转试验，利用数据处理软件处理试验数据，将均匀变形阶段的名义应力-应变曲线转换为真应力-等效塑性应变曲线，然后对塑性失稳后的真应力-塑性应变曲线采用分段线性硬化法标定，通过建立有限元模型对试验过程进行数值模拟。通过反复对比模拟与试验所得的荷载-位移曲线以及试样变形情况，对标定曲线进行迭代修正，以确保本构参数的准确性。结果表明：运用标定得到的拉伸和剪切状态下的硬化曲线开展数值模拟，模拟结果与试验曲线及试样变形情况吻合良好；HRB400钢在拉伸和剪切应力状态下的硬化曲线存在差异，具体表现为拉伸应力状态下材料的强化效应强于剪切情形；使用由拉伸试验获取的塑性参数来模拟扭转试验，模拟得到的扭矩值高于实际测量值，这一现象进一步证实了HRB400钢的强化具有方向性。研究表明，在实际工程应用中，当HRB400钢处于剪切应力状态时，为确保结构安全，应采用更为保守的强度取值。
为获取HRB400钢在拉伸和剪切应力状态下的弹塑性本构参数，通过加工光滑实心圆棒和空心薄壁圆管试样，分别开展单轴拉伸和纯扭转试验，利用数据处理软件处理试验数据，将均匀变形阶段的名义应力-应变曲线转换为真应力-等效塑性应变曲线，然后对塑性失稳后的真应力-塑性应变曲线采用分段线性硬化法标定，通过建立有限元模型对试验过程进行数值模拟。通过反复对比模拟与试验所得的荷载-位移曲线以及试样变形情况，对标定曲线进行迭代修正，以确保本构参数的准确性。结果表明：运用标定得到的拉伸和剪切状态下的硬化曲线开展数值模拟，模拟结果与试验曲线及试样变形情况吻合良好；HRB400钢在拉伸和剪切应力状态下的硬化曲线存在差异，具体表现为拉伸应力状态下材料的强化效应强于剪切情形；使用由拉伸试验获取的塑性参数来模拟扭转试验，模拟得到的扭矩值高于实际测量值，这一现象进一步证实了HRB400钢的强化具有方向性。研究表明，在实际工程应用中，当HRB400钢处于剪切应力状态时，为确保结构安全，应采用更为保守的强度取值。
2026, 41(3): 50-57.
doi: 10.13206/j.gjgS25060401
摘要:
针对上海徐汇滨江商务区某超限高层建筑的结构选型开展深入研究，该办公楼具有“上大下小”的异形体型特征，有大量竖向构件不连续，存在双向大跨度及多区域悬挑等结构技术难点。为此充分利用建筑平面特点，创新性提出平面多级传力体系，以钢支撑核心筒为承载力核心，集成“混合型桁架”体系，充分利用钢框架的空腹桁架效应，构建起结构受力骨架。运用“大开孔钢梁”解决机电设备管线穿越与净高控制的矛盾。通过采用调谐质量阻尼器（TMD）减振技术，使关键区域竖向振动加速度峰值降低76%。
针对上海徐汇滨江商务区某超限高层建筑的结构选型开展深入研究，该办公楼具有“上大下小”的异形体型特征，有大量竖向构件不连续，存在双向大跨度及多区域悬挑等结构技术难点。为此充分利用建筑平面特点，创新性提出平面多级传力体系，以钢支撑核心筒为承载力核心，集成“混合型桁架”体系，充分利用钢框架的空腹桁架效应，构建起结构受力骨架。运用“大开孔钢梁”解决机电设备管线穿越与净高控制的矛盾。通过采用调谐质量阻尼器（TMD）减振技术，使关键区域竖向振动加速度峰值降低76%。
2026, 41(3): 58-64.
doi: 10.13206/j.gjgS24082201
摘要:
以光谷旅游专线一期工程项目为依托，对悬挂式空轨轨道梁制作过程变形影响因素进行系统研究。轨道梁为细长空腹式槽型、下承式梁轨合一结构，其下翼缘板和腹板作为车辆行走轮、导向轮等的支承单元，具有刚性差、制作精度要求高的特点，故变形控制是轨道梁制作成败的关键。为此，围绕焊接工艺、单元件制作、节段组装与焊接方案以及矫正工艺四方面展开研究。1）在焊接工艺设计阶段，除通过焊接试验评定确定合理的焊接参数外，还应规避采用热输入量大的焊接方法、以减小焊接变形产生。2）针对变形重点进行单元件制作，下盖板采用了左右件面板单独下料、下盖板全尺寸下料、整体下料并预留切割点3种制作方案进行试制，测量相应工序变形量、组装及矫正工作量，由此确定下盖板单元制作工艺。3）在轨道梁节段组装、焊接方面，制定了胎架内部分焊接、全位置焊接2种方案进行验证，测量其出胎后外轮廓、箱口、线形精度及总用工量，以确定轨道梁节段组装、焊接方案。4）对试制件变形采用的热矫正工艺进行研究，确定适用于轨道梁结构的矫正方式及位置选择。结果表明：通过焊接工艺评定试验确定的焊接材料、参数及方法，可以降低焊接变形量产生；下盖板单元制作采用“整体下料并预留切割点”方案，切割、焊接变形控制效果好；采用全位置焊接方案可有效减小焊接变形量，出胎后矫正工作量少。在对试制件矫正作业研究的基础上，提出了适用于轨道梁结构热矫正作业原则及3种热矫正方法的具体应用位置。
以光谷旅游专线一期工程项目为依托，对悬挂式空轨轨道梁制作过程变形影响因素进行系统研究。轨道梁为细长空腹式槽型、下承式梁轨合一结构，其下翼缘板和腹板作为车辆行走轮、导向轮等的支承单元，具有刚性差、制作精度要求高的特点，故变形控制是轨道梁制作成败的关键。为此，围绕焊接工艺、单元件制作、节段组装与焊接方案以及矫正工艺四方面展开研究。1）在焊接工艺设计阶段，除通过焊接试验评定确定合理的焊接参数外，还应规避采用热输入量大的焊接方法、以减小焊接变形产生。2）针对变形重点进行单元件制作，下盖板采用了左右件面板单独下料、下盖板全尺寸下料、整体下料并预留切割点3种制作方案进行试制，测量相应工序变形量、组装及矫正工作量，由此确定下盖板单元制作工艺。3）在轨道梁节段组装、焊接方面，制定了胎架内部分焊接、全位置焊接2种方案进行验证，测量其出胎后外轮廓、箱口、线形精度及总用工量，以确定轨道梁节段组装、焊接方案。4）对试制件变形采用的热矫正工艺进行研究，确定适用于轨道梁结构的矫正方式及位置选择。结果表明：通过焊接工艺评定试验确定的焊接材料、参数及方法，可以降低焊接变形量产生；下盖板单元制作采用“整体下料并预留切割点”方案，切割、焊接变形控制效果好；采用全位置焊接方案可有效减小焊接变形量，出胎后矫正工作量少。在对试制件矫正作业研究的基础上，提出了适用于轨道梁结构热矫正作业原则及3种热矫正方法的具体应用位置。
2026, 41(3): 65-68.
doi: 10.13206/j.gjgS24082635
摘要:
首先对有初始弯曲和初始扭转的钢梁进行了求解，在初始弯曲和初始扭转满足屈曲波形中弯曲和扭转比例的约定下推导了二阶弯矩和双力矩，然后采用边缘纤维屈服准则推导了钢梁弯扭屈曲的稳定系数表达式。该表达式与压杆稳定系数的Perry-Robertson公式完全一样，从而为压杆和钢梁稳定系数公式的统一提供了理论依据。虽然公式形式一样，但钢梁公式中的缺陷因子等于压杆公式中的缺陷因子乘以如下比值的平方：该比值是钢梁弯扭失稳的正则化长细比除以压杆绕弱轴弯曲失稳的正则化长细比。因为该比值小于1.0，因此钢梁缺陷因子小于压杆缺陷因子，正则化长细比相同的情况下，钢梁的稳定系数要高于压杆的稳定系数。对分布荷载和跨中集中荷载的简支梁进行了推导，包含了荷载作用点高度的影响，除了缺陷因子定义有少许的差别外，公式形式完全相同，因而本文推导具有普遍的意义。
首先对有初始弯曲和初始扭转的钢梁进行了求解，在初始弯曲和初始扭转满足屈曲波形中弯曲和扭转比例的约定下推导了二阶弯矩和双力矩，然后采用边缘纤维屈服准则推导了钢梁弯扭屈曲的稳定系数表达式。该表达式与压杆稳定系数的Perry-Robertson公式完全一样，从而为压杆和钢梁稳定系数公式的统一提供了理论依据。虽然公式形式一样，但钢梁公式中的缺陷因子等于压杆公式中的缺陷因子乘以如下比值的平方：该比值是钢梁弯扭失稳的正则化长细比除以压杆绕弱轴弯曲失稳的正则化长细比。因为该比值小于1.0，因此钢梁缺陷因子小于压杆缺陷因子，正则化长细比相同的情况下，钢梁的稳定系数要高于压杆的稳定系数。对分布荷载和跨中集中荷载的简支梁进行了推导，包含了荷载作用点高度的影响，除了缺陷因子定义有少许的差别外，公式形式完全相同，因而本文推导具有普遍的意义。
