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2017年  第32卷  第11期

科研开发
H形截面钢构件在双向压弯下的极限状态分析
王惠刚, 程欣, 章敏
2017, 32(11): 1-6. doi: 10.13206/j.gjg.201711001
摘要:
双向压弯构件两主轴方向存在强度、刚度及塑性变形能力等的相互影响作用,目前对由局部失稳控制的H形截面钢构件双向压弯性能的研究非常有限,亟需对此展开研究。通过建立有限元模型,对3个不同宽厚比组配下的H形截面构件双向压弯的非线性性能展开研究。考察了H形构件双向压弯的基本受力特点,分析了由于宽厚比不同导致的两种破坏模式。基于能量守恒原理,提出通过能量拐点的方法确定H形截面钢构件在双向压弯下的极限状态。通过构件截面平均应力发展分析,表明该方法确定的构件极限状态是合理的。
固支拱形蜂窝梁在集中荷载下承载能力试验研究
卢小松, 李邵娟, 齐峰
2017, 32(11): 7-11. doi: 10.13206/j.gjg.201711002
摘要:
为了研究腹板开孔拱形蜂窝梁的力学性能,并为进一步的数值模拟建立验证模型,采用考虑三因素两水平的正交试验设计方法设计了4根蜂窝拱构件进行静力加载试验,得到了固支拱形蜂窝梁在拱顶集中荷载作用下的受力反应,并将其结果和有限元结果进行对比。通过对比,发现两者结果接近,从而验证了建立有限元模型方法的正确性,为进一步的多因素数值分析奠定基础。
Q420高强度钢材的疲劳性能试验研究
程峰, 胡常胜, 王金锁, 郭念, 吴海洋, 李自然, 张大长
2017, 32(11): 12-15. doi: 10.13206/j.gjg.201711003
摘要:
为探究Q420高强度钢材的疲劳性能,针对Q420B和Q420C两种质量等级的钢材开展了相应的疲劳试验研究。通过两组常温条件下的轴向循环拉伸疲劳试验,获得了Q420B和Q420C两种钢材不同应力水平下的疲劳寿命,并根据试验结果绘制其S-N曲线。试验结果表明:同等条件下,Q420C钢的疲劳性能高于Q420B钢的疲劳性能。将试验结果与GB 50017—2003《钢结构设计规范》的计算值进行比较,发现试验结果远高于规范计算值。
拉弯组合荷载下CFRP加固钢板表面裂纹应力强度因子分析
孟兮, 郑云, 陈煊
2017, 32(11): 16-20. doi: 10.13206/j.gjg.201711004
摘要:
采用"三维实体-弹簧-壳"有限元模型对承受拉弯组合荷载的CFRP加固钢板表面裂纹应力强度因子(SIF)进行计算,并研究了拉弯应力比、裂纹特征及粘贴层数等因素对加固效果的影响。研究结果表明:采用CFRP加固,可显著降低钢板半椭圆表面裂纹前缘的应力强度因子;最大名义拉应力相同的条件时,CFRP的加固效果随拉弯应力比的增大而降低;裂纹特征对加固效果影响较大,对于裂纹面面积较大及形状扁平的裂纹CFRP会取得更好的加固效果;增加CFRP层数能在一定程度上提升加固效果,但加固效果与其粘贴层数并不成正比,需考虑胶层传递荷载能力以免造成材料的浪费。
焊接工艺孔对梁柱节点滞回性能的影响研究
袁晓洒, 席学涛, 李婷婷, 冯少飞
2017, 32(11): 21-26. doi: 10.13206/j.gjg.201711005
摘要:
为了研究焊接工艺孔的细部尺寸对钢框架梁柱节点滞回性能的影响,运用有限元软件ABAQUS对10个不同焊缝通过孔细部尺寸的节点试件进行模拟分析。首先,根据已有梁柱节点循环加载试验对有限元建模方法进行有效性验证。然后,分别根据我国GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》和美国FEMA-350推荐的焊缝通过孔形式建立有限元模型,研究焊缝通过孔的细部尺寸对节点滞回性能的影响。研究结果表明:采用FEMA-350推荐的焊接工艺孔形式的梁柱节点的初始刚度与我国标准节点相近,但其承载能力较标准节点有所降低,梁下翼缘焊缝处的应力水平明显降低,可以减小焊缝脆断的风险;随着开孔的末端梁腹板距柱翼缘表面的距离a及开孔斜线段的水平长度b的增大,承载能力逐渐降低。综合考虑梁柱节点的滞回性能及梁下翼缘焊缝处应力分布,建议开孔的末端梁腹板距柱翼缘表面的距离a及开孔斜线的水平长度b分别取60 mm和30 mm。
新型板柱组合结构边节点抗震性能试验研究
王天奇, 武君君, 侯兆新, 郑云, 龚超
2017, 32(11): 27-31. doi: 10.13206/j.gjg.201711006
摘要:
为了探究新型板柱组合结构边节点的抗震性能,设计边节点和角节点两种试件进行足尺试验。观察相同轴压比条件下两个试件的受力过程和破坏形态,对其延性、耗能、刚度退化、强度衰减等进行分析,试验研究表明:新型组合结构梁柱节点试件在地震作用下的破坏过程满足"强柱弱梁"和"强节点弱构件"的破坏准则;边节点承载力约为角节点承载力的1.13倍;角节点延性略好于边节点;同一轴压比下,新型组合结构角节点耗能好于边节点,且二者的等效黏滞阻尼比在0.19~0.23之间。
半刚性梁柱连接框架中柱节点有限元分析
贺欢欢, 王新武, 陈易飞
2017, 32(11): 32-36. doi: 10.13206/j.gjg.201711007
摘要:
针对4个不同厚度T型钢连接的空间中柱节点进行有限元模拟,分析节点的应力分布、螺栓预紧力变化等受力特性,并将已有试验结果与有限元结果进行对比分析。结果表明:节点的较大应力位置主要分布在T型钢翼缘与腹板交界处以及节点域;强轴螺栓预紧力较弱轴方向损失严重;T型钢连接件厚度增加,节点的承载能力、延性也相应增加,但对节点的耗能性能影响不大;试验结果与有限元结果吻合较好。
压型钢板支撑加固RC框架填充墙有限元分析
冯宁宁, 曹平周, 齐永胜, 赵风华
2017, 32(11): 37-41. doi: 10.13206/j.gjg.201711008
摘要:
针对一榀钢筋混凝土(RC)框架填充墙结构和一榀压型钢板支撑加固RC框架填充墙结构,在低周反复荷载作用下进行抗震性能非线性有限元分析,通过试验数据验证有限元模型的有效性,并分析两榀框架的滞回曲线、骨架曲线、延性和刚度退化曲线。分析结果表明,加固后框架的最大水平荷载作用承载力为加固前的1.44倍,延性为加固前的1.12倍,抗侧刚度为加固前的1.28倍。最后,探讨压型钢板厚度和板型对结构承载力的影响。
腹板开洞压型钢板组合梁静力试验研究
江玮, 胡夏闽
2017, 32(11): 42-46. doi: 10.13206/j.gjg.201711009
摘要:
为了研究腹板开洞压型钢板组合梁在静载作用下,洞口截面弯剪比M/V、洞口上部栓钉连接件数量以及洞口上部混凝土板对组合梁受力性能的影响,对4根腹板开洞的压型钢板组合梁和1根腹板开洞钢梁及1根普通压型钢板组合梁进行了静载试验,试验结果表明:组合梁的承载力随着洞口截面弯剪比M/V的增大而增大,但洞口两端的相对挠度随弯剪比M/V的增大而减小,呈反比关系;腹板开洞压型钢板组合梁的极限承载力随洞口远端到组合梁支座间栓钉连接件数量的增多而提高;洞口上方组合板对压型钢板组合梁洞口截面的抗剪和抗弯承载力有较大贡献。
非等壁厚矩形钢管混凝土构件抗弯性能研究
郁晨江, 张扬, 傅光远, 李四平
2017, 32(11): 47-52. doi: 10.13206/j.gjg.201711010
摘要:
探讨非等壁厚矩形钢管混凝土构件的抗弯性能,进行了5根梁的试验研究,主要考虑不同的拉压区钢管壁厚对构件抗弯性能的影响。试验结果表明,非等壁厚矩形钢管混凝土受弯构件具有良好的抗弯承载力和延性,直至试验结束,荷载未出现下降阶段。同时,采用纤维模型数值方法得到了非等壁厚矩形钢管混凝土的受力全过程曲线,计算结果与试验结果相吻合。与等壁厚矩形钢管混凝土相比,相同用钢量下,非等壁厚矩形钢管混凝土构件具有更大的抗弯承载力,并且通过提升混凝土强度与上下壁钢管的屈服强度,能够更加有效地提升构件的抗弯承载力。
复杂曲面单层网壳结构的非线性稳定性分析研究
张烨, 吕玉惠, 孙保金
2017, 32(11): 53-57. doi: 10.13206/j.gjg.201711011
摘要:
通过敲击试验及坠物试验研究单层网壳结构在缺陷影响下的非线性稳定性,设计一种复杂结构曲面模型,在其靠边缘位置构造一处人造缺陷,通过传感器进行各种信号收集,对结构进行敲击及坠物两种操作,分别通过传感器对其频率及模态进行识别,结合破坏形式判断结构其他杆件与缺陷在受载后的破坏发展情况及各自产生破坏的原因。通过有限元分析与试验比较,荷载达到极限后杆件发生失稳破坏,结构性能直接被破坏,而距缺陷较远的部分则发生弯曲变形,部分结构性能损失,并且由缺陷向外呈现破坏逐渐减轻情况。
工程设计
中国光谷科技会展中心结构设计
陈焰周, 肖飞, 张凯静, 许敏
2017, 32(11): 58-63. doi: 10.13206/j.gjg.201711012
摘要:
中国光谷科技会展中心为大体量超限钢结构建筑,有6项超限项,采用钢管混凝土框架-中心防屈曲约束支撑结构体系。介绍了防屈曲约束支撑的设计过程以及结构性能化设计分析过程,分析结果表明:该结构体系在地震作用下达到了既定的性能目标,有较好的性能表现。此外,还对跨层通高柱的稳定性、减小钢结构装饰幕墙对主体结构影响等关键问题进行了讨论。
某幕墙支撑网壳结构设计分析
王鑫
2017, 32(11): 64-67. doi: 10.13206/j.gjg.201711013
摘要:
某幕墙支撑结构采用单层柱面网壳形式,结合建筑形态和结构性能确定了网格和构件截面形式,基于有限元软件SAP 2000和ANSYS,对网壳结构进行了特征值屈曲分析,得到了构件计算长度系数;同时进行了非线性全过程分析。结果表明,该网壳结构具有较好的整体稳定性。
四连跨干煤棚压型金属板屋面系统抗风揭设计
杨勇, 曾香华, 刘观发, 钟正鹏
2017, 32(11): 68-73. doi: 10.13206/j.gjg.201711014
摘要:
设计采用当地百年一遇基本风压0.8 k Pa,通过风洞试验测得四连跨干煤棚屋面围护结构两端开口处边缘、角部分区及其他分区最大风吸力标准值分别为-6,-3.5 k Pa。介绍压型金属板屋面系统的压型钢板选型,自钻螺钉、檩条及连接节点设计,以及屋面系统的防台风构造措施。结果表明:整个屋面系统的抗风揭能力满足设计要求。屋面系统的实际抗风揭能力还应通过抗风揭试验验证。
竖向荷载作用下高层建筑斜交网格筒结构外鼓侧移研究
刘成清, 罗馨怡, 马开强
2017, 32(11): 74-79. doi: 10.13206/j.gjg.201711015
摘要:
高层建筑斜交网格筒是一种新型的高层建筑结构,其主要受力构件是斜向交叉的柱。在竖向荷载作用下,斜交网格筒结构的受力与变形特点有异于传统的正交结构。通过有限元分析发现,斜交网格筒结构在竖向荷载作用下会发生外鼓而传统正交结构无外鼓。同时,采用有限元方法对竖向荷载作用下斜交网格筒的外鼓进行了变化参数分析,总结出了影响斜交网格筒结构外鼓的主要因素,进而提出了减小外鼓侧移的工程措施。
翼缘开孔削弱型节点受力性能分析
王羡农, 孟庆轩, 邵珠腾
2017, 32(11): 80-83. doi: 10.13206/j.gjg.201711016
摘要:
为了分析不同削弱参数对翼缘开孔削弱型节点抗震性能的影响,应用ANSYS有限元软件,将不同削弱参数的翼缘开孔削弱型节点和未开孔普通节点进行对比分析,研究了翼缘开孔削弱型节点在不同削弱参数下的骨架曲线、极限承载力、延性和耗能能力。结果表明:相比未开孔普通节点,削弱参数在合理范围内取值,可以使翼缘开孔削弱型节点的耗能能力有较大提高,使抗震性能得到明显改善,同时保证极限承载力和延性只有较小程度的下降。
箱板式钢结构住宅底部加强区的单片组合墙体有限元分析
兰涛, 赵廷涛, 刘贵, 宋昭, 胡卫中, 赵钿, 王凌云
2017, 32(11): 84-90. doi: 10.13206/j.gjg.201711017
摘要:
提出一种既能承压又能抗剪的新型组合钢板墙,通过有限元软件ABAQUS分析其与普通钢板墙、带竖向加劲肋钢板墙在水平往复荷载作用下的承载力和滞回性能的异同点;着重分析螺栓间距、混凝土板厚度、钢板高厚比、钢板与混凝土板间隙和竖向荷载对组合墙承载力和滞回性能的影响。分析结果表明:组合钢板墙中加劲肋和混凝土板的存在有效抑制了钢板的平面外屈曲变形,提高了承载能力和滞回性能;螺栓间距越小,承载能力和滞回性能越好;混凝土板厚度越大,滞回性能越好;钢板高厚比越小,承载能力和滞回性能越好;钢板与混凝土板间隙对承载能力和滞回性能影响很小;竖向荷载越大,延性越差,耗能能力越强。
某提篮拱桥拱肋下弦钢-混凝土结合段剪力钉分析及优化
苏小梅, 程斌, 侯华东
2017, 32(11): 91-95. doi: 10.13206/j.gjg.201711018
摘要:
某提篮拱桥拱肋充分利用了钢与混凝土结构的受力特点,将钢拱采用混凝土外包,形成钢-混凝土组合结构,拱肋截面突变且结构复杂。采用有限元软件对该钢-混凝土结合拱肋混合接头进行施工过程模拟,对拱肋下弦钢-混凝土结合段的剪力钉进行施工过程的有限元分析,研究该类结构下弦的受力特点及传力规律,并在此基础上对结构进行结构优化。优化后的混合接头结构剪力钉受力得到较大改善,符合相关规范要求。
输电线路风偏试验与数值模拟研究
张思祥, 姚元玺, 张慧, 杨博, 张广龙, 芦灯, 宋磐, 张勇, 李帅
2017, 32(11): 96-99. doi: 10.13206/j.gjg.201711019
摘要:
采用真型试验与数值模拟相结合的方法研究了输电线路防风偏问题。根据500 k V聊长Ⅱ线防风偏治理实际工程,运用有限元分析软件SAP 2000建立输电塔-线耦合体系的三维有限元模型。提出"边相阻挡、中相牵制"的柔性防范措施,开展输电线路风偏真型试验,并结合有限元数值模拟,研究柔性防范装置的动力响应特点,验证该装置的合理性及有效性。
超期服役钢结构厂房检测与加固技术
段留省, 苏明周, 董振平, 李慧
2017, 32(11): 100-103. doi: 10.13206/j.gjg.201711020
摘要:
旧工业厂房改变使用功能后继续服役,须先进行可靠性鉴定并采取必要的加固措施,以某超期服役钢结构工业厂房为例,对加固技术进行探讨。通过现场检测、试验分析和简化模型计算对主体结构的使用性能和安全性进行评定,对存在缺陷的构件采取加固措施。对钢排架结构增设水平支撑、垂直支撑体系,以提高结构的整体性;通过增大钢屋架腹杆截面,来提高其承载能力;采用改进的防护措施保护钢柱脚,满足建筑和结构的要求。厂房加固工程已完成并投入使用,效果良好。
加工制作
钢结构大型箱型柱制作精度的控制
王小强, 张海超, 崔建楠
2017, 32(11): 104-106. doi: 10.13206/j.gjg.201711021
摘要:
近年来,随着钢结构在建筑行业中的飞速发展,钢结构已从最初应用于厂房、小高层建筑等,发展到广泛应用于超高层建筑、大跨度空间结构、核电站项目、钢桅杆电视塔等。越来越多异形钢结构构件的出现成为钢结构制作厂面临的加工重点及难点。介绍了大型箱型柱构件的制作技术,并从多方面控制其尺寸精度、产品质量。
施工技术
重庆万达城展示中心异形双曲大跨度圆形采光顶结构施工技术
张军辉, 刘方星, 江拓, 陈茹, 刘忠平
2017, 32(11): 107-111. doi: 10.13206/j.gjg.201711022
摘要:
阐述了重庆万达城展示中心采光顶钢结构施工技术,根据异形双曲大跨度圆形采光顶结构特点,综合考虑采光顶、幕墙、内装施工等各种因素,从采光顶制作加工、现场安装、施工方法及施工措施等方面进行了重点论述,形成了一套系统、完整的施工技术,确保了异形双曲大跨度圆形图案采光顶的顺利安装。
多节段曲线形钢箱梁顶推施工技术
丰正伟, 燕鹏, 林龙镔
2017, 32(11): 112-116. doi: 10.13206/j.gjg.201711023
摘要:
厦门市仙岳路主线桥L8联钢箱梁具有曲线形、节段多、路况复杂等特点,详细介绍顶推施工方案比选及多点单向、两次顶推钢箱梁的施工方法,通过对50 m悬臂时主梁腹板承载力验算提出了调整措施以确保局部稳定,运用ANSYS有限元软件分析墩顶滑移支点及与滑道梁接触处的受力状况。采用安装千斤顶和实时监测等方式解决钢梁和滑道脱空的技术难题,为钢箱梁顶推施工提供有力技术支持,保证了工程的顺利进行。
防火与防腐
典型受火方式下型钢混凝土异形柱耐火极限研究
吴耀鹏, 张旭, 李晓蕾
2017, 32(11): 117-122. doi: 10.13206/j.gjg.201711024
摘要:
应用有限元软件ABAQUS建立型钢混凝土柱数值模型,研究4种典型受火方式下SRC异形柱的耐火性能,探讨各因素对SRC异形柱耐火极限的影响。结果表明:矩形柱耐火性能优于异形柱;对于任意截面的SRC柱,耐火极限均随荷载比的增大而减小,且矩形和L形SRC柱在高荷载比时下降更多;荷载比较小时L形柱的耐火性能优于T形柱,荷载比较大时T形柱的耐火性能优于L形柱;实腹式配钢SRC柱的耐火性能优于空腹式。研究结果可为SRC异形柱的抗火设计提供依据和参考。