登录
注册
当期目录
2026年 第41卷 第5期
显示方式:
2026, 41(5): 1-7.
doi: 10.13206/j.gjgS25102901
摘要
PDF (1031KB)
摘要:
有机涂层作为钢结构防护屏障，其与基材界面的结合性能是决定其防护效能与服役寿命的核心指标之一。该综述阐述了钢结构有机防护涂层结合性能的研究进展，分析了钢结构有机防护涂层结合性能的演化机理和规律；梳理了涂层结合性能的检测方法；阐述了界面内聚力模型的构建与应用。分析表明：目前已揭示了单一因素致变机理，现有界面本构模型聚焦力场作用下界面的损伤断裂行为。未来还需进一步研究多因素耦合作用机制和影响规律，构建考虑多因素耦合（环境条件、火灾高温、应力）作用的界面行为预测模型，为钢结构防护涂层的设计、损伤检测和性能修复提供参考。
有机涂层作为钢结构防护屏障，其与基材界面的结合性能是决定其防护效能与服役寿命的核心指标之一。该综述阐述了钢结构有机防护涂层结合性能的研究进展，分析了钢结构有机防护涂层结合性能的演化机理和规律；梳理了涂层结合性能的检测方法；阐述了界面内聚力模型的构建与应用。分析表明：目前已揭示了单一因素致变机理，现有界面本构模型聚焦力场作用下界面的损伤断裂行为。未来还需进一步研究多因素耦合作用机制和影响规律，构建考虑多因素耦合（环境条件、火灾高温、应力）作用的界面行为预测模型，为钢结构防护涂层的设计、损伤检测和性能修复提供参考。
2026, 41(5): 8-23.
doi: 10.13206/j.gjgS25011101
摘要:
钢-混凝土组合结构具有强度与刚度高、抗震性能优良与施工效率高等优点，被广泛运用于多高层、大跨度和重载建筑结构中。在建筑火灾频发，给人类生命与财产带来极大威胁的背景下，研究钢-混凝土组合结构的抗火性能，建立考虑结构整体性能的抗火设计方法并采取相应的抗火构造措施，最终以保证结构关键部位构件和整体结构不倒塌为目标，对保证整体结构的消防安全和节约建筑防火成本具有重要意义。为此，归纳总结了钢-混凝土组合结构抗火性能的研究进展，包括钢-混凝土组合梁、钢筋混凝土板、钢管混凝土柱及钢-混凝土组合平面、空间框架的火灾试验研究，讨论并比较了：各种抗火分析模型，提出了当前研究存在的一些主要问题与尚需深入研究的方向。基于现有研究成果总结如下：1）试验研究表明，钢-混凝土组合约束梁在高温大变形下由于悬链线效应使得抗火性能显著优于简支梁；钢筋混凝土双向板抗火性能优异且高温下出现板面开裂而板底较为完好的现象；普通钢管混凝土柱的抗火性能有限而需采取措施提高其耐火极限；组合空间框架抗火性能优于平面框架，受火过程中平面框架发生梁或柱失效模式，空间框架整体性能好而没有发生坍塌。2）数值分析表明，壳-实体单元模型模拟钢-混凝土组合连续梁与约束梁时，能够较好地模拟钢梁局部屈曲与扭转屈曲的试验现象；实体单元模型模拟钢筋混凝土双向板时，能较好地模拟钢筋混凝土双向板厚度方向截面温度场非均匀引起的膨胀变形；实体单元或壳-实体单元模型模拟钢管混凝土柱时，可体现钢管与混凝土之间的界面脱空、滑移及约束作用；混凝土采用实体单元并与其热-力-时本构关系相结合时，能较好地反映钢筋混凝土双向板板顶开裂而板底较为完好的现象，而钢材采用实体或壳单元并将钢材高温蠕变隐含考虑在应力引起应变中的热-力本构关系时，火灾下钢-混凝土组合梁和钢管混凝土柱的变形有限元计算值与试验值吻合良好。3）因试验条件的限制，结构火灾试验难以做到倒塌状态，结构体系的失效机理尚不清楚，有必采用壳-实体有限元模型并结合材料热-力-（时）本构关系开展组合结构空间框架结构抗火分析，建立构件失效与结构体系失效之间的联系；现有规范防火设计采用的基于构件试验或计算的设计方法、当前基于构件的防火设计方法是否能满足结构防火设计要求仍需要进行深入探讨。
钢-混凝土组合结构具有强度与刚度高、抗震性能优良与施工效率高等优点，被广泛运用于多高层、大跨度和重载建筑结构中。在建筑火灾频发，给人类生命与财产带来极大威胁的背景下，研究钢-混凝土组合结构的抗火性能，建立考虑结构整体性能的抗火设计方法并采取相应的抗火构造措施，最终以保证结构关键部位构件和整体结构不倒塌为目标，对保证整体结构的消防安全和节约建筑防火成本具有重要意义。为此，归纳总结了钢-混凝土组合结构抗火性能的研究进展，包括钢-混凝土组合梁、钢筋混凝土板、钢管混凝土柱及钢-混凝土组合平面、空间框架的火灾试验研究，讨论并比较了：各种抗火分析模型，提出了当前研究存在的一些主要问题与尚需深入研究的方向。基于现有研究成果总结如下：1）试验研究表明，钢-混凝土组合约束梁在高温大变形下由于悬链线效应使得抗火性能显著优于简支梁；钢筋混凝土双向板抗火性能优异且高温下出现板面开裂而板底较为完好的现象；普通钢管混凝土柱的抗火性能有限而需采取措施提高其耐火极限；组合空间框架抗火性能优于平面框架，受火过程中平面框架发生梁或柱失效模式，空间框架整体性能好而没有发生坍塌。2）数值分析表明，壳-实体单元模型模拟钢-混凝土组合连续梁与约束梁时，能够较好地模拟钢梁局部屈曲与扭转屈曲的试验现象；实体单元模型模拟钢筋混凝土双向板时，能较好地模拟钢筋混凝土双向板厚度方向截面温度场非均匀引起的膨胀变形；实体单元或壳-实体单元模型模拟钢管混凝土柱时，可体现钢管与混凝土之间的界面脱空、滑移及约束作用；混凝土采用实体单元并与其热-力-时本构关系相结合时，能较好地反映钢筋混凝土双向板板顶开裂而板底较为完好的现象，而钢材采用实体或壳单元并将钢材高温蠕变隐含考虑在应力引起应变中的热-力本构关系时，火灾下钢-混凝土组合梁和钢管混凝土柱的变形有限元计算值与试验值吻合良好。3）因试验条件的限制，结构火灾试验难以做到倒塌状态，结构体系的失效机理尚不清楚，有必采用壳-实体有限元模型并结合材料热-力-（时）本构关系开展组合结构空间框架结构抗火分析，建立构件失效与结构体系失效之间的联系；现有规范防火设计采用的基于构件试验或计算的设计方法、当前基于构件的防火设计方法是否能满足结构防火设计要求仍需要进行深入探讨。
2026, 41(5): 24-34.
doi: 10.13206/j.gjgS25071201
摘要:
应用ABAQUS有限元软件对钢-混凝土组合连续梁的抗火性能进行了三维壳-实体有限元分析，在试验验证的基础上探讨荷载比、荷载位置比、剪力连接度和钢梁防火保护层厚度等参数对连续梁抗火性能的影响，阐明火灾下组合连续梁内力变化规律与其变形阶段之间的联系，揭示火灾下组合连续梁的界面滑移规律、塑性铰形成规律和破坏模式等力学响应机理，提出“边跨加强、中跨简化”的差异化防火保护层设计建议。分析结果表明：1）三跨连续梁的中跨，其变形经历弹性、弹塑性、塑性及悬链线效应四个阶段，悬链线效应使得其所需的防火保护层厚度减少；随着约束刚度的减小（如连续梁的边跨），梁的失效模式由整体侧向失稳转为承载力不足而失效，此时因无悬链线效应，其抗火性能相当于简支梁。2）组合梁升温膨胀受到多余支座的约束，产生较大的负弯矩，其支座处塑性铰形成的时间早于跨中。此外，组合连续梁跨中截面正弯矩值在受火初期减小甚至可能转变为负弯矩。受火过程中，连续梁产生了剧烈的内力重分布。3）组合连续梁的耐火极限几乎不受剪力连接度η的影响，钢梁无防火保护层时，连续梁梁端滑移值随着η的增加而显著减小；随着防火保护层厚度的增加，剪力连接度η对梁端滑移的影响减弱，且梁端滑移值显著减小。4）针对工程中常见荷载比0.4的组合梁，可采用“边跨加强、中跨简化”的差异化防火保护层设计，即边跨防火保护层厚度按GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》中简支梁计算，中跨可不进行防火保护或为减小受火初期的挠度略微进行防火保护。
应用ABAQUS有限元软件对钢-混凝土组合连续梁的抗火性能进行了三维壳-实体有限元分析，在试验验证的基础上探讨荷载比、荷载位置比、剪力连接度和钢梁防火保护层厚度等参数对连续梁抗火性能的影响，阐明火灾下组合连续梁内力变化规律与其变形阶段之间的联系，揭示火灾下组合连续梁的界面滑移规律、塑性铰形成规律和破坏模式等力学响应机理，提出“边跨加强、中跨简化”的差异化防火保护层设计建议。分析结果表明：1）三跨连续梁的中跨，其变形经历弹性、弹塑性、塑性及悬链线效应四个阶段，悬链线效应使得其所需的防火保护层厚度减少；随着约束刚度的减小（如连续梁的边跨），梁的失效模式由整体侧向失稳转为承载力不足而失效，此时因无悬链线效应，其抗火性能相当于简支梁。2）组合梁升温膨胀受到多余支座的约束，产生较大的负弯矩，其支座处塑性铰形成的时间早于跨中。此外，组合连续梁跨中截面正弯矩值在受火初期减小甚至可能转变为负弯矩。受火过程中，连续梁产生了剧烈的内力重分布。3）组合连续梁的耐火极限几乎不受剪力连接度η的影响，钢梁无防火保护层时，连续梁梁端滑移值随着η的增加而显著减小；随着防火保护层厚度的增加，剪力连接度η对梁端滑移的影响减弱，且梁端滑移值显著减小。4）针对工程中常见荷载比0.4的组合梁，可采用“边跨加强、中跨简化”的差异化防火保护层设计，即边跨防火保护层厚度按GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》中简支梁计算，中跨可不进行防火保护或为减小受火初期的挠度略微进行防火保护。
2026, 41(5): 35-46.
doi: 10.13206/j.gjgS25103001
摘要:
已有空间框架火灾试验中，构件产生了较大的变形但整体结构仍未倒塌。因此，研究考虑结构整体性能的空间框架的抗火性能，对保证整体结构的安全和节约建筑防火成本具有重要意义。已有关于空间框架的有限元研究中，钢柱与钢梁采用梁单元，难以模拟受约束梁柱的局部屈曲行为，混凝土楼板采用壳单元，难以模拟其厚度方向温度场非均匀引起的膨胀变形。而采用壳单元模拟钢梁，实体单元模拟混凝土板时，能较好地解决上述问题。此外，已有关于单个构件的有限元研究中，混凝土采用热-力-时本构，钢材采用热-力本构模型，有限元计算变形与破坏形态与试验吻合更好。因此，采用壳-实体单元与混凝土热-力-时本构与钢材热-力本构模型相结合的有限元模型，对钢柱-组合楼盖空间框架结构体系的火灾试验进行了模拟，有限元计算的梁、板、柱温度和变形与试验结果吻合良好，且混凝土板应力云图能较好地反映火灾下钢筋混凝土板发生大变形时，板顶开裂而板底较为完好的试验现象。所建立的合理有限元模型可为后续开展组合空间框架结构的抗火分析及提出抗火设计方法奠定基础。
已有空间框架火灾试验中，构件产生了较大的变形但整体结构仍未倒塌。因此，研究考虑结构整体性能的空间框架的抗火性能，对保证整体结构的安全和节约建筑防火成本具有重要意义。已有关于空间框架的有限元研究中，钢柱与钢梁采用梁单元，难以模拟受约束梁柱的局部屈曲行为，混凝土楼板采用壳单元，难以模拟其厚度方向温度场非均匀引起的膨胀变形。而采用壳单元模拟钢梁，实体单元模拟混凝土板时，能较好地解决上述问题。此外，已有关于单个构件的有限元研究中，混凝土采用热-力-时本构，钢材采用热-力本构模型，有限元计算变形与破坏形态与试验吻合更好。因此，采用壳-实体单元与混凝土热-力-时本构与钢材热-力本构模型相结合的有限元模型，对钢柱-组合楼盖空间框架结构体系的火灾试验进行了模拟，有限元计算的梁、板、柱温度和变形与试验结果吻合良好，且混凝土板应力云图能较好地反映火灾下钢筋混凝土板发生大变形时，板顶开裂而板底较为完好的试验现象。所建立的合理有限元模型可为后续开展组合空间框架结构的抗火分析及提出抗火设计方法奠定基础。
2026, 41(5): 47-55.
doi: 10.13206/j.gjgS25112601
摘要:
为实现模块化钢框架模块间的高效连接，提出一种可实现现场全螺栓装配的新型模块间内套筒式连接节点。为研究该新型节点在受拉工况中的受力性能、破坏机理及其影响参数，针对其局部连接构造开展单调拉伸试验和有限元分析。通过设计 4 组缩尺模型，对比研究该新型连接构造在受拉工况中的变形特征、破坏模式、承载能力等力学性能指标及演变机制。基于试验数据，建立有限元模型，对节点关键参数进行参数化分析。研究结果表明：内套筒构件的厚度与长度对该新型节点的抗拉性能影响极小；角钢构件厚度变化对新型连接在单调拉伸作用下的屈服荷载及峰值荷载影响显著；连接板的厚度对新型连接的抗拉承载力具有一定的影响，但需要考虑其与角钢通过高强螺栓连接后的协同受力与变形，进行合理的设计。基于分析结果，研究给出了该模块间新型全螺栓构造的实际设计建议及优化方向。
为实现模块化钢框架模块间的高效连接，提出一种可实现现场全螺栓装配的新型模块间内套筒式连接节点。为研究该新型节点在受拉工况中的受力性能、破坏机理及其影响参数，针对其局部连接构造开展单调拉伸试验和有限元分析。通过设计 4 组缩尺模型，对比研究该新型连接构造在受拉工况中的变形特征、破坏模式、承载能力等力学性能指标及演变机制。基于试验数据，建立有限元模型，对节点关键参数进行参数化分析。研究结果表明：内套筒构件的厚度与长度对该新型节点的抗拉性能影响极小；角钢构件厚度变化对新型连接在单调拉伸作用下的屈服荷载及峰值荷载影响显著；连接板的厚度对新型连接的抗拉承载力具有一定的影响，但需要考虑其与角钢通过高强螺栓连接后的协同受力与变形，进行合理的设计。基于分析结果，研究给出了该模块间新型全螺栓构造的实际设计建议及优化方向。
2026, 41(5): 56-68.
doi: 10.13206/j.gjgS25021501
摘要:
为控制地震作用下结构的残余变形，提出了一种新型内嵌U型耗能件自复位耗能支撑，采用组合碟簧作为自复位系统提供复位能力，将U型耗能件作为耗能系统提供耗能能力。对支撑进行数值模拟，通过其滞回曲线分析不同设计参数对支撑滞回性能的影响。结果表明：新型自复位耗能支撑具有稳定的耗能能力和良好的自复位能力，且耗能能力、支撑极限承载力随着U型件厚度、U型件平直段长度、耗能板厚度的增加而增加，自复位能力随着钢绞线预应力的增大而增强，碟簧对合组数的增加可使支撑的极限变形能力显著提高，但碟簧刚度相对下降。
为控制地震作用下结构的残余变形，提出了一种新型内嵌U型耗能件自复位耗能支撑，采用组合碟簧作为自复位系统提供复位能力，将U型耗能件作为耗能系统提供耗能能力。对支撑进行数值模拟，通过其滞回曲线分析不同设计参数对支撑滞回性能的影响。结果表明：新型自复位耗能支撑具有稳定的耗能能力和良好的自复位能力，且耗能能力、支撑极限承载力随着U型件厚度、U型件平直段长度、耗能板厚度的增加而增加，自复位能力随着钢绞线预应力的增大而增强，碟簧对合组数的增加可使支撑的极限变形能力显著提高，但碟簧刚度相对下降。
2026, 41(5): 69-78.
doi: 10.13206/j.gjgS24071002
摘要:
H形截面楔形梁柱在钢结构厂房中普遍应用，因为楔形构件匹配近似楔形变化的弯矩图可最大化发挥材料性能。GB 51022—2015《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（简称《门规》）针对轻型房屋的特点，在确保安全的前提下以经济性为首要目标，对楔形梁柱的设计作了专门规定。调查表明，国内主要的钢结构分析软件，均采用二维方法进行楔形梁柱厂房的结构分析，未能充分发挥三维分析的巨大潜力。为此，依据《门规》和PKPM软件，对钢结构厂房分析方法论，楔形构件稳定设计关键点，主流软件分析算例等方面作简要展示，形成了H形截面楔形梁柱钢结构厂房的三维分析方法。分析表明：相较于二维方法，该三维分析方法显现了其广阔的适用性和高效的操作性，同时也凸显了使用者对钢结构稳定理论知识需求的必要性和紧迫性。
H形截面楔形梁柱在钢结构厂房中普遍应用，因为楔形构件匹配近似楔形变化的弯矩图可最大化发挥材料性能。GB 51022—2015《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（简称《门规》）针对轻型房屋的特点，在确保安全的前提下以经济性为首要目标，对楔形梁柱的设计作了专门规定。调查表明，国内主要的钢结构分析软件，均采用二维方法进行楔形梁柱厂房的结构分析，未能充分发挥三维分析的巨大潜力。为此，依据《门规》和PKPM软件，对钢结构厂房分析方法论，楔形构件稳定设计关键点，主流软件分析算例等方面作简要展示，形成了H形截面楔形梁柱钢结构厂房的三维分析方法。分析表明：相较于二维方法，该三维分析方法显现了其广阔的适用性和高效的操作性，同时也凸显了使用者对钢结构稳定理论知识需求的必要性和紧迫性。
2026, 41(5): 79-83.
doi: 10.13206/j.gjgS25021130
摘要:
对弯矩沿杆长线性变化的压弯构件的弯扭屈曲采用能量法进行分析，侧移和扭转角均取三项，求得的解接近精确。求得了压力作用下的等效弯矩系数，提出了精度高、略偏保守的新公式，对新公式应用于钢结构设计标准中的结果和现行标准公式的结果进行了对比，在稳定控制区域，按本文公式得到的抗弯承载力有所提高。
对弯矩沿杆长线性变化的压弯构件的弯扭屈曲采用能量法进行分析，侧移和扭转角均取三项，求得的解接近精确。求得了压力作用下的等效弯矩系数，提出了精度高、略偏保守的新公式，对新公式应用于钢结构设计标准中的结果和现行标准公式的结果进行了对比，在稳定控制区域，按本文公式得到的抗弯承载力有所提高。
2026, 41(5): 84-86.
doi: 10.13206/j.gjgS26050735
摘要:
由欧拉公式引出轴压杆稳定问题，指出欧拉公式只适用于弹性范围，并提及应用于非弹性范围的恩格塞尔切线模量理论。同时介绍了欧拉公式的推导过程，指出欧拉公式基于小挠度理论，引出基于大挠度理论的轴压杆稳定承载力计算方法。通过分析可知，采用小挠度理论得到的欧拉临界力作为稳定承载力是合适的。
由欧拉公式引出轴压杆稳定问题，指出欧拉公式只适用于弹性范围，并提及应用于非弹性范围的恩格塞尔切线模量理论。同时介绍了欧拉公式的推导过程，指出欧拉公式基于小挠度理论，引出基于大挠度理论的轴压杆稳定承载力计算方法。通过分析可知，采用小挠度理论得到的欧拉临界力作为稳定承载力是合适的。
