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2015年  第30卷  第5期

科研开发
基于刚度修正法的杆系结构非线性破坏分析
刘鑫, 胡钟予, 刘国光, 武志玮, 马田清, 李春雨
2015, 30(5): 1-5. doi: 10.13206/j.gjg.201505001
摘要:
大跨度空间杆系结构非线性稳定性直接影响着结构承载能力。空间杆系结构非线性稳定问题包括材料非线性和几何非线性两方面,利用力转换矩阵和位移转换矩阵建立了考虑双重非线性的杆系结构刚度修正法,并推导了双线性破坏准则下杆系结构刚度修正法的理论计算公式。利用MATLAB软件编程开发了基于刚度修正法的杆系结构数值计算软件,通过铰接桁架和六角星型穹顶两个算例讨论了杆系结构刚度修正法对结构非线性稳定承载力计算的影响,并同有限元软件ANSYS分析结果进行了比较。结果表明:刚度修正法通过引入力转换矩阵和位移转换矩阵充分体现了材料双重非线性影响,考虑了弹塑性阶段材料应力强化作用,能更准确地计算结构非线性稳定极限承载力。
基于位移控制的弦支穹顶预应力计算方法
尚仁杰
2015, 30(5): 6-10. doi: 10.13206/j.gjg.201505002
摘要:
通过对一道环向索施加预应力,忽略其他环向索拉力,得到该环向索预应力对上弦穹顶的位移影响值,组合各环向索预应力对上弦穹顶的位移影响值得到预应力影响矩阵,从而提出了预应力影响矩阵这一概念。通过指定控制点的位移,得到预应力控制方程,求解方程得到环向索合理预应力值,给出了利用预应力影响矩阵控制弦支穹顶关键点位移的预应力值计算方法。该方法原理便于理解,可利用现有有限元软件实现。通过算例介绍了方法的计算过程并验证了方法的正确性。
大跨度复杂异形钢框架结构设计与承载力性能研究
刘学春, 林娜, 腾伟, 张艳霞, 王艺蒙, 张爱林
2015, 30(5): 11-16. doi: 10.13206/j.gjg.201505003
摘要:
对某异形框架展馆工程进行了设计研究,并取展馆中较典型的1榀框架进行实体有限元分析,系统研究了该异形框架设计荷载下的受力性能和极限荷载下的破坏机理、极限承载能力等。针对受力性能薄弱的节点部位,提出了翼缘加宽型和盖板加厚型两种加强型构造措施。研究表明:结构设计时,通过在梁端加宽翼缘或加设盖板来对梁端给予加强,可明显增加框架强度,改变框架受力性能,提高极限承载能力。此外,在设计荷载作用下框架基本处于弹性受力状态,极限荷载作用下框架可表现出足够的安全储备能力。
基于结构易损性理论的三角形钢屋架分析
余章良, 朱南海, 黄波
2015, 30(5): 17-22. doi: 10.13206/j.gjg.201505004
摘要:
基于拓扑构形的结构易损性理论,编制了相应的MATLAB结构易损性分析程序,并应用于三角形钢屋架的构形易损性分析,发现仅依靠增大构件截面提高结构构形度不一定能保证结构易损性的降低,而应合理优化构件截面,使结构整体性能达到最优。利用ANSYS软件分析了三角形钢屋架在实际荷载工况下的力学性能,与易损性分析结果相比较,表明结构的最易损失效模式所对应的结点位移达到最大值、同时杆件应力也相对较大,说明所采用的结构易损性分析方法能够有效地反映结构的易损部位,揭示结构的薄弱环节。
等强度箱形截面悬臂梁近似解析法
张少勇, 陈梅珠, 冷新中, 费建伟
2015, 30(5): 23-25. doi: 10.13206/j.gjg.201505005
摘要:
常见的悬臂梁为等截面构件,荷载作用下,其弯曲应力和构件挠度计算比较简单,但等截面悬臂梁没有充分发挥材料的力学性能,若将构件做成变截面,可实现等强度,达到结构优化设计的目的。基于悬臂梁各截面弯曲强度应力相等原则,推导矩形截面、箱形截面高度随构件长度的变化函数,得到非线性方程,但很难得到解析解,通过在悬臂梁上选取关键控制点,求解关键点处函数值,将各关键点通过拟合得到高度变化函数。分别计算悬臂梁的弯曲变形和剪切变形,弯曲变形根据各截面弯曲曲率相等的特性,由曲率与变形的几何关系得到,而剪切变形由图乘法通过积分运算得到。
圆钢管轴压构件开洞的承载力削弱研究
孟宪德, 顾励, 赵俊钊
2015, 30(5): 26-32. doi: 10.13206/j.gjg.201505006
摘要:
对轴压工况下圆钢管构件侧壁开圆洞的承载力削弱进行研究。通过力学解析,指出开圆洞的承载力削弱机理。采用经验证的数值分析方法,通过98个参数模型的计算结果,分析比较了构件在开洞无补强时的极限承载力与洞径比、开洞相对位置、截面径厚比、构件长细比等各参数的关系。根据分析结果给出开洞设计建议。
基于断裂力学的城市钢桥面板疲劳寿命分析
赵秋, 陈长俊
2015, 30(5): 33-35. doi: 10.13206/j.gjg.201505007
摘要:
正交异性钢桥面板承受着车辆动荷载的反复作用,容易造成疲劳累计损伤,导致钢桥面板出现疲劳开裂现象。为研究某城市桥梁钢桥面板的疲劳寿命,建立钢桥面板有限元模型,选取钢桥面板4种典型疲劳细节,根据实测所得到的城市车辆荷载频值谱,计算得到相应的应力历程和应力谱。基于线弹性断裂力学理论,对这4种疲劳细节进行疲劳寿命分析,结果表明:在桥梁设计基准期内钢桥面板不会发生疲劳破坏。
工程设计
万达茂滑雪场中部钢结构整体稳定性分析
王哲
2015, 30(5): 36-39. doi: 10.13206/j.gjg.201505008
摘要:
哈尔滨万达茂工程位于哈尔滨市松北新区,项目包括室内步行商业街、娱乐楼、超市、室内滑雪场、室内滑冰场、电影乐园等,其中室内滑雪场主体采用大跨度钢结构。该工程钢结构的整体稳定分析为设计过程中的难点。以万达茂滑雪场中部钢结构为例,介绍其结构体系及受力特点。分别用不考虑初始缺陷及考虑初始缺陷的模型分析了钢结构的局部稳定及整体稳定;考虑材料非线性、几何非线性及生死单元,用显式动力分析的方法研究了结构的整体稳定。
某体育馆屋盖在重型吊挂荷载下的受力性能分析
张晓旭, 秦国鹏, 李晓渊
2015, 30(5): 40-42. doi: 10.13206/j.gjg.201505009
摘要:
巨型网格预应力弦支穹顶体系受其结构特性的限制,常对作用其上的荷载要求较高,为了满足某些演出的需要,又必须了解屋顶结构的实际承载能力,以保证结构的安全性。为此,特对该类屋盖结构的受力性能进行有限元建模分析,并将现场检测结果与理论计算结果对比分析,结果吻合较好。基于模型的正确性,进行了不同吊挂位置处的最大吊挂荷载试算,并最终提供了最优选的吊挂荷载布置方案及合理、可行的加固建议。
长春宏汇凯悦酒店框架-核心筒结构设计
李振国, 赵燕潞, 赵小敏
2015, 30(5): 43-46. doi: 10.13206/j.gjg.201505010
摘要:
长春宏汇凯悦酒店采用的结构体系为带加强层的钢筋混凝土框架-核心筒体系。针对该建筑的结构方案选取、结构体系、结构的动力特性、结构性能化、静力弹塑性等内容进行了介绍;并且对设计中的特殊问题如伸臂桁架两端竖向差异变形的处理、转换梁的设计方法等进行了阐述。
钢结构节点破坏实例分析
杨大元
2015, 30(5): 47-51. doi: 10.13206/j.gjg.201505011
摘要:
与其他结构相比,钢结构的成败与否,除了与结构体系、荷载取值、计算假定、截面选择、位移控制、加工制作和运输安装等"共同性"的因素密切相关以外,还与螺栓、锚栓、焊缝和构造等"特殊性"的因素即节点息息相关。通过对某钢结构节点破坏实例的看法、比较、分析和建议,阐述节点也是决定钢结构成败的重要因素这一观点。
钢结构间接空气冷却塔设计方法研究
乐威, 赵立
2015, 30(5): 52-55. doi: 10.13206/j.gjg.201505012
摘要:
以国外某165m高钢结构空冷塔为设计原型,在国内已有研究成果的基础上,进一步研究国内规范条件下钢结构间接空气冷却塔结构的可行性,通过对钢结构空冷塔结构的整体屈曲分析反推结构主要受力构件计算长度系数,从而对结构实现进一步的优化;通过有限元计算软件MIDAS分别对24对、30对、36对斜柱空冷塔模型进行计算,在不影响结构整体性能的前提下,优化空冷塔结构用钢量,最终结果表明,模型结构的用钢量基本维持在5 000t左右,从而保证了钢结构空冷塔的经济性。
基于ABAQUS软件的大吨位钢箱梁施工吊耳的有限元分析
刘玉贵, 徐书华, 汪雪风, 谢志龙, 陈韬
2015, 30(5): 56-59. doi: 10.13206/j.gjg.201505013
摘要:
大吨位钢箱梁在施工的过程中可靠性和安全性的保证与吊耳的结构形式有着直接的关系,在吊耳的设计过程中,吊耳的强度和焊缝强度是最主要的影响因素;吊耳板孔的撕裂及吊耳与钢箱梁表面焊接强度不够很容易导致吊耳失效;吊耳的受力情况非常复杂,借助ABAQUS软件对吊耳结构的接触强度进行研究,对比分析普通板式吊耳和带加强板吊耳的受力情况,依据钢箱梁外形特点及受力情况,提出了吊耳结构相应的改进措施。结果表明:通过有限元分析得到的应力和应变变化云图与实际结果比较接近,该设计分析方法和结构形式安全可靠,可为类似工程提供参考依据。
某体育场三层径向索索夹设计加工技术
李光军, 刘学龙, 刘世权, 王波, 郭陶冶, 刘畅
2015, 30(5): 60-63. doi: 10.13206/j.gjg.201505014
摘要:
某体育场索系组成为10根环索通过索夹与144根吊索、72根脊、谷索连接,通过上述两种索夹连接,索夹是体系受力纽带,索夹除固定环索外,还需承吊索拉力。索夹节点抗滑移要求为:确保在索夹节点两端不平衡力作用下,索体不滑移;确保在索夹节点径向压力作用下索体的整体性、圆度且钢丝防腐涂层不受损坏;索夹在加工时,根据图纸准确定尺,出钢温度控制在1 600℃以上,浇注温度控制在1 480℃左右。通过对10根环索连接节点模拟试验、分析受力,确定了最终加工方案。
加工制作
重型实心铸钢节点的制作与应用
汪晓阳, 段海, 侯树宇, 张希博
2015, 30(5): 64-67. doi: 10.13206/j.gjg.201505015
摘要:
沈阳市府恒隆广场项目1号塔楼使用实心铸钢节点作为加强层中的核心节点,规格、尺寸之大为国内之最。结合工程实际情况,分析实心铸钢节点的外形设计与材质选择,梳理铸造工艺流程和注意要点,提出了质量保证措施和现场安装的注意事项,为今后实心铸钢节点的制作与应用提供理论依据。
美国阿拉斯加铁路桥钢板梁桥主梁制作工艺方案及关键环节控制
王爱文, 付常谊
2015, 30(5): 68-70. doi: 10.13206/j.gjg.201505016
摘要:
基于美国阿拉斯加铁路桥钢板梁的设计特点及要求,结合本桥的生产制作经验,分别对钢板下料、杆件出孔、主梁的组装焊接、节段预拼装等工艺进行了介绍,从整体上对超大跨度的简支钢板桥的制作及预拼装技术进行了探讨与研究。
港珠澳大桥深水区非通航孔桥钢箱梁焊接变形控制
李小松
2015, 30(5): 71-74. doi: 10.13206/j.gjg.201505017
摘要:
介绍港珠澳大桥深水区非通航孔桥钢箱梁的结构特点,根据焊接收缩变形的种类,结合生产实际情况确定钢箱梁制作过程中控制、减小焊接变形的工艺措施,以及焊后的矫正方法,为港珠澳大桥深水区非通航孔桥施工提供依据,保证了钢箱梁的制作质量。
施工技术
大跨张弦梁屋盖钢结构施工关键技术
李潇潇, 余杰
2015, 30(5): 75-78. doi: 10.13206/j.gjg.201505018
摘要:
介绍某会展中心大跨张弦梁屋盖钢结构的结构特点、钢结构安装施工方案、施工的关键技术和设备设计。特别针对屋盖的高空滑移安装、拉索的张拉施工等关键过程作了详细的仿真模拟分析,为现场施工提供了全面详实的理论数据。结果表明,钢结构施工方案合理可行,现场实测数据与理论分析数据吻合较好。
某钢平台主次梁连接节点加固施工技术
闵岚, 艾伟
2015, 30(5): 79-81. doi: 10.13206/j.gjg.201505019
摘要:
在某钢框架结构平台梁节点补强施工中,通过分析计算,制定合理的焊接工艺,对负荷状态下钢结构节点进行焊接补强,使该节点承载力提高了120%,有效地解决了节点承载力不足的问题,保证结构的正常使用。为今后研究钢结构在负荷状态下焊接加固提供了实践经验。
萨拉齐铁路专用线储煤车间钢结构累积滑移施工技术
卢福生, 王强强, 蒋国平, 周骁雄
2015, 30(5): 82-87. doi: 10.13206/j.gjg.201505020
摘要:
以萨拉齐铁路专用线储煤车间钢结构工程为背景,介绍"大型钢结构液压同步顶推累积滑移"施工技术,通过滑移轨道和顶推器的合理布置、轨道梁及支撑体系的精确设计、临时措施的针对性解决方案以及液压同步顶推滑移技术,使工程在实际施工中得以顺利实施,该施工技术已在萨拉齐铁路专用线储煤车间钢结构工程施工中成功应用,可为同类钢结构工程安装提供参考。
环形水平支撑平台上吊装钢结构技术
刘曙, 郑权, 梁明雨, 胡小勇, 周啸, 唐立阳
2015, 30(5): 88-89. doi: 10.13206/j.gjg.201505021
摘要:
武汉绿地项目高636m,基坑深25.5m,有5道环形水平支撑,地下室钢结构施工包括6个型号为SC1的巨型钢柱、6个型号为SC2的巨型钢柱和3节剪力墙钢骨。在地下室钢结构施工阶段,使用1台M1280D进行吊装时,有4个SC1巨型钢柱用M1280D塔吊吊装不到,需要使用3 000kN履带吊在水平支撑平台上进行吊装。通过对工程有限元分析和合理地安装措施,避免了对环形水平支撑的加固并顺利进行吊装,为项目节约了成本。
防火与防腐
钢结构抗火专家系统研究与开发
刘美景, 范圣刚, 孙文隽
2015, 30(5): 90-96. doi: 10.13206/j.gjg.201505022
摘要:
随着钢结构抗火计算分析理论的不断拓展,其设计方法正逐步由基于构件火灾试验的传统被动方法向基于结构整体分析的新颖主动方法演变。钢结构抗火设计是一件非常繁琐且极其复杂的多学科交叉工程,其涉及到的内容和范围越来越广泛。基于钢结构抗火专业知识和计算机领域新技术,结合专家系统的自身特点,探索性和尝试性地研究和开发出一套适用于钢结构抗火设计的专家系统,此专家系统程序的编制采用了界面化和智能化技术,具有良好的兼容性和开放性,与其他应用软件具有良好的接口技术,可大大地简化钢结构抗火设计过程,提高其设计效率。最后,通过一个抗火的设计案例检验和验证了专家系统的可行性和准确性。