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2017年  第32卷  第7期

科研开发
北京新机场航站楼C2型钢柱结构承载力性能研究
张爱林, 付婉琳, 刘学春, 马晓飞, 柴抒韬
2017, 32(7): 1-5. doi: 10.13206/j.gjg.201707001
摘要:
基于北京新机场航站楼C2型钢柱结构,研究顶部水平约束对C2型钢柱结构破坏形式及竖向承载力的影响。利用有限元软件ABAQUS对模型进行非线性屈曲分析,得出C2型钢柱结构的破坏形态及应力分布情况,同时通过计算得出荷载-位移曲线、极限承载力等。对比不同约束条件下结构的承载力,提出适用于C2型钢柱结构的承载力计算方法。研究结果表明:随着顶部约束刚度的增大,C2型钢柱结构破坏形式由中心对称分布向单侧分布转变,最大应力集中在环向杆件及其连接的斜撑杆上,斜撑杆发生明显拱起变形;随着顶部约束刚度增大至80 kN/mm,屈服承载力及极限承载力均显著增大20%;随着顶部水平约束刚度由80 kN/mm增大到5 000 kN/mm,屈服承载力及极限承载力均呈现缓慢增长,分别增大4%和6%;刚度由5 000 kN/mm继续增加时,屈服承载力及极限承载力不再增加,因此适度增大结构顶部约束刚度即可显著增强结构抵抗竖向荷载的能力;采用的承载力计算方法可有效计算标准组合下C2型钢柱结构的竖向承载力值。
多段连接防屈曲支撑设计及试验研究
郭亚楠, 高向宇, 凌利改, 吴爽
2017, 32(7): 6-11. doi: 10.13206/j.gjg.201707002
摘要:
为解决超长防屈曲支撑易出现重力过大、屈曲失稳的问题,设计了内接约束和外接约束两种新型全钢多段连接防屈曲支撑,确定其构造设计方案,验算支撑各部分稳定性。分别加工制作两种防屈曲支撑构件并进行低周往复加载试验,试验结果表明:内接约束防屈曲支撑抗震性能良好,试验所得滞回曲线饱满且耗能性能稳定,受压承载力调整系数及累积变形能力系数均可满足相关规程要求;外接约束防屈曲支撑加工误差及连接板焊脚引起的内核钢芯与约束钢管间隙过大是支撑滞回性能未达到设计预期的主要原因。
倾斜柱框架弹性屈曲分析
何斌, 田兴运, 付国, 张博
2017, 32(7): 12-14. doi: 10.13206/j.gjg.201707003
摘要:
为研究倾斜柱框架的轴力所产生的水平分力对荷载的抵消作用及对框架侧移减少的影响,进行了倾斜柱框架的一阶弹性屈曲分析。通过对倾斜框架柱和规则框架柱的内力计算,推导了不同倾斜角度的框架顶点相对侧移和临界荷载,给出了倾斜柱框架柱的转角位移方程,用转角位移法对多层多跨倾斜柱框架无侧移和有侧移时的稳定性进行了分析;结果表明,柱倾斜极大地改变了结构的受力状态,使内力降低;框架柱的倾斜角度变大时,结构的顶点相对侧移迅速减小,而临界荷载亦明显增大。
带节点板角钢连接梁柱节点试验研究
董现, 潘建荣, 王湛, 秦珂
2017, 32(7): 15-20. doi: 10.13206/j.gjg.201707004
摘要:
带节点板角钢连接梁柱节点具有较为广泛的应用,但目前对此类节点的力学性能尚缺乏完备的理论和试验研究,在设计中往往将此类节点简化为铰接连接或其他类型的连接形式。通过试验研究和有限元分析对其抗弯性能进行研究。对具有3种构造形式的带节点板角钢连接梁柱节点分别进行静力试验和滞回试验,得到每个试件的弯矩-转角曲线和破坏形态;利用有限元分析带节点板角钢连接梁柱节点在力学性能上与其他节点形式的不同。
柱与柱法兰连接对多高层钢框架结构性能影响研究
王雪芹, 刘学春, 王鹤翔
2017, 32(7): 21-24. doi: 10.13206/j.gjg.201707005
摘要:
为了研究装配式钢框架结构柱与柱螺栓连接半刚性节点对纯框架整体结构的影响,采用ANSYS有限元分析软件,对8层2跨钢框架整体结构进行了分析,研究了柱与柱半刚性连接钢框架在风荷载作用下的弹塑性性能,得到半刚性柱与柱连接节点对整体结构力学性能的影响规律。由于柱与柱半刚性连接节点的存在,钢框架在变形性能比刚性连接钢框架有一定提高,同时其侧向位移有所增大。对于柱与柱半刚性连接钢框架,由于柱与柱连接节点的柔性影响,会增大整体框架的梁端弯矩。
套管加强梁腹板开孔梁柱端板连接节点受力性能研究
张小林, 刘二浩
2017, 32(7): 25-30. doi: 10.13206/j.gjg.201707006
摘要:
针对腹板开孔型梁柱外伸端板连接节点的不足,提出了套管加强型腹板开孔梁柱外伸端板连接节点形式。利用有限元软件ANSYS对这种节点的受力性能进行了参数分析,探讨了端板厚度、开孔位置、套管半径、套管厚度和套管长度对梁端塑性铰形成位置、梁翼缘与端板焊缝处应力分布、节点的弹性刚度和承载力的影响。结果表明,套管加强梁腹板开孔梁柱端板连接节点具有较高的承载能力,同时梁翼缘与端板焊缝处的应力分布更加均匀并且能达到梁端塑性铰外移的目的;采用合理的细部构造形式有利于降低应力集中,改善节点的应力分布,使之受力更加合理。
基于纤维梁单元模型的内配工字型钢方钢管混凝土压弯构件延性分析
吴星蓉, 史艳莉, 王文达
2017, 32(7): 31-37. doi: 10.13206/j.gjg.201707007
摘要:
采用ABAQUS有限元软件并结合二次开发的纤维梁单元模型程序i Fiber LUT,在合理选取钢材与混凝土本构关系的基础上建立基于纤维梁单元的往复加载下内配工字型钢方钢管混凝土压弯构件数值分析模型,并与已有试验进行对比验证。计算出往复荷载作用下典型压弯构件的荷载-位移滞回关系曲线,并给出相应的骨架曲线。分析了轴压比、型钢含钢率、不同加载方式以及材料强度等参数对构件骨架曲线和延性的影响。结果表明:轴压比和型钢含钢率是影响组合构件延性的重要因素,其中轴压比对构件延性的影响最为显著,该类构件总体上表现出良好的延性和较高的承载力,能够适用于地震区建筑的结构设计。
圆钢管混凝土X型节点轴压承载力研究
王峰, 史庆轩, 王朋, 吴超锋
2017, 32(7): 38-43. doi: 10.13206/j.gjg.201707008
摘要:
采用ABAQUS分析软件对圆钢管混凝土X型节点进行轴压荷载作用下的非线性分析,依据轴压荷载作用下节点各组成部分的应力分布情况及圆钢管混凝土节点承载力随相贯角度、宽厚比、竖向连接板厚度、衬板厚度、混凝土强度等控制参数的变化曲线,提出了节点承载力的计算式模式,通过拟合得出最终的节点承载力计算式。研究表明:相贯角度、宽厚比、混凝土强度对其承载力影响较大,竖向连接板的厚度、衬板厚度对其承载力影响相对较小;所提出的节点承载力计算式精确度较高且偏为安全,可用于工程实际中构件承载力的计算。
侧向冲击下实心夹层钢管混凝土柱力学性能研究
朱翔, 牛玺荣
2017, 32(7): 44-48. doi: 10.13206/j.gjg.201707009
摘要:
利用有限元软件ABAQUS建立中空夹层钢管混凝土柱抗冲击有限元模型,考虑钢材和混凝土应变率效应,并分析轴力和冲击共同作用下其抗冲击性能。研究表明,该有限元模型结果与现有试验结果拟合较好。依据此模型建立方法研究了落锤侧向冲击实心夹层钢管混凝土柱的力学性能,并探讨了钢材屈服强度、混凝土强度等级、钢材应变率效应以及混凝土应变率效应对实心夹层钢管混凝柱抗冲击性能影响。分析结果表明:钢材屈服强度、钢材和混凝土应变率效应都会影响实心夹层钢管混凝土柱的抗冲击力学性能。而混凝土强度等级对于实心夹层钢管混凝土柱的抗冲击力学性能的影响并不明显。
±1100 kV特高压直流输电线铁塔风致响应及风振系数研究
黄凤华, 张大长, 李布辉, 余亮
2017, 32(7): 49-53. doi: 10.13206/j.gjg.201707010
摘要:
塔身高、横担超长及刚度不均匀是±1 100 k V特高压直流输电线铁塔的显著特征,与普通高压输电塔相比,其"头重脚轻"现象更为严重,风荷载的作用效应及风振响应更加复杂。通过运用Davenport风速功率谱模拟大气边界层的脉动风速,并考虑风荷载的空间相关特性,模拟分析B类场地43 m/s基本风速下该输电塔的风荷载时程;开展该铁塔风致响应的数值分析,研究其风振特点、顺风向风振系数计算方法及沿高度变化规律。基于风振响应分析可知:±1 100 k V特高压铁塔的风振系数沿高度并呈成线性分布,即在横担附近存在较大突变,与现有计算理论不相符;由于风振系数相关规范值忽略结构物外形、质量沿高度不均匀变化的影响,未能准确反映整塔风振系数沿高度的变化规律,且偏于不安全。
工程设计
轻钢结构抗风极限承载力的三维精细分析
夏俞超, 陈水福
2017, 32(7): 54-59. doi: 10.13206/j.gjg.201707011
摘要:
为研究既有门式刚架轻钢厂房结构的抗风性能和极限承载力,以我国东南沿海某轻钢厂房为背景,采用精细板壳单元和面外杆件单元建立三维整体有限元模型,分别按中国和美国相关规范的荷载组合施加风荷载,对厂房结构进行了弹塑性和大变形的非线性极限承载力分析,获得了承重结构的抗风安全冗余度系数以及达到极限状态时的破坏模式。结果显示,刚架按国内规范的风荷载作用下的安全冗余度大于美国规范的相应值;两者的破坏模式均为刚架的局部屈曲模式,但前者的局部屈曲集中于单榀刚架近屋脊梁段与迎风梁柱节点的多个区域中,而后者则发生于多榀刚架的同一梁柱节点处,呈现出空间化的分布特征,且发生时间早于前者。
不同波纹腹板钢梁弹塑性整体稳定性能对比分析
黄海洋, 朱浦宁, 黄炳生, 高仲学
2017, 32(7): 60-66. doi: 10.13206/j.gjg.201707012
摘要:
基于有限元分析软件对用钢量相同的折线形、梯形、正弦曲线形波纹腹板钢梁进行了弹塑性非线性分析,同时考虑了几何初始缺陷以及几何非线性和材料非线性,并综合考虑了腹板厚度、钢梁高度、波纹周期等几何参数变化对钢梁弹塑性整体稳定性能的影响。通过非线性屈曲分析,对比分析了3种波纹腹板钢梁的弹塑性整体稳定临界荷载、荷载-侧向位移曲线以及临界荷载时的钢梁上翼缘的应力分布。结果表明,用钢量相同的3种波纹腹板钢梁,折线形波纹腹板钢梁弹塑性整体稳定承载力较梯形和正弦曲线形高。
120 m直径圆形料场屋面网壳结构设计
陶修, 刘京安, 胡朝辉, 尹元初
2017, 32(7): 67-72. doi: 10.13206/j.gjg.201707013
摘要:
围绕某圆形煤场120.8 m跨度球面网壳结构,研究了杆件布置对结构的影响,发现增加斜杆可以明显地增加结构刚度;研究了风荷载和地震作用对网壳的影响,发现基本风压小于0.6 k N/m2或地震烈度小于8度时,二者的变化对网壳耗钢量影响较小;研究了结构布置、厚度与耗钢量的关系、结构的动力特性和抗震性能、结构的整体稳定性。涵盖了该类型结构设计需要注意的几个主要方面,并提出设计建议。
薄壁圆钢管的节点力学性能研究
官鑫
2017, 32(7): 73-76. doi: 10.13206/j.gjg.201707014
摘要:
对薄壁圆钢管节点力学性能展开研究,通过受压试验对薄壁圆钢管受力过程进行分析,得出其受力变形分为弹性形变、屈服阶段、突变阶段,决定薄壁圆钢管结构性能的关键因素在于其节点。进行薄壁圆钢管T型构件板接节点受拉承载作用研究并进行试验对比,轴拉荷载作用下剪切应力分布均匀,板接节点的荷载偏心距对受弯承载力有重大影响,点板厚度和主管直径对其承受荷载能力影响不大,在此基础上得出其工程应用的一般计算式。
某斜拉式桅杆结构的参数优化分析
刘坚, 吴城斌, 周敏辉, 李中平, 于志伟, 任达
2017, 32(7): 82-86. doi: 10.13206/j.gjg.201707016
摘要:
某斜拉式桅杆结构是由传统的桅杆结构和网壳结构组成的组合结构。为了有效提高结构的安全及稳定性,通过有限元软件对拉索预应力和端部高度、杆身截面面积和钢管壁厚、网壳屋盖竖向立杆和桁架弦杆的相关参数进行分析。研究结果表明:优化后的参数取值能强化结构薄弱环节,并且可节约大量材料。
标准与规范
中、美、欧标准中风荷载计算对比研究
李先顺, 柳景虹
2017, 32(7): 87-91. doi: 10.13206/j.gjg.201707017
摘要:
通过对中国、美国、欧盟标准中风荷载计算的对比研究,发现影响风荷载大小的最主要因素是基本风速,考虑地面粗糙度类别、地形条件、顺风向风振等因素对其进行修正,对以上影响风荷载的因素进行了详细对比分析。进一步探讨了影响基本风速的地面粗糙度、标准高度、时距、重现期等4个要素,并给出了不同标准之间基本风速的转换方法。通过某工程风荷载的计算实例,给出了不同标准之间风荷载计算结果的一般规律,可为涉外项目工程设计提供参考。
加工制作
武青堤空间景观结构制作安装技术
夏中海, 曹仁
2017, 32(7): 92-96. doi: 10.13206/j.gjg.201707018
摘要:
以武青堤堤防江滩景观造型工程为例,根据景观造型庞大且不规则特点,编制了合理可行的分段、分片方案,确保构件的制作、涂装质量及运输的便利;通过CAD放样技术配合工厂内的预装,控制相关安装节点尺寸,保证了工程的安装精度及安装质量;制定合理的进场顺序和配备合适起重设备保证了安装工作的顺利进行,确保了工程工期。
施工技术
能源大厦钢结构连桥桁架施工技术
蔡佳兵, 苏铠, 章二龙, 张益民, 周维
2017, 32(7): 97-100. doi: 10.13206/j.gjg.201707019
摘要:
能源大厦在两栋塔楼之间的3~9层设置有一质量达1 300 t的连桥桁架,连桥桁架跨度大、复杂节点多。针对连桥桁架立柱与地下室混凝土柱子不在同一水平面的特点,项目采用了"架空式底部分配梁、格构式支撑胎架、有限元分析"等技术,顺利地完成了连桥桁架的安装。
中国医药城(泰州)展览中心钢屋盖施工技术
刘如兵, 蒋凤昌, 金浩, 蒋磊, 陈焕军
2017, 32(7): 101-106. doi: 10.13206/j.gjg.201707020
摘要:
中国医药城(泰州)展览中心的钢屋盖受力体系复杂。针对工程施工难点,通过构建大跨度钢结构BIM结构模型,及构建安装设施的BIM结构模型,进行信息集成,智能控制,保证施工质量;并且应用BIM技术可视化特征,实时监控施工设施变形,对异常情况及时报警并纠偏,保证滑移施工安全;采用有限元分析软件验算张拉索的轴力和变形,精确控制施工质量,保证结构安全。
大跨度组合连续宽箱梁顶推施工过程分析
许瑾
2017, 32(7): 107-110. doi: 10.13206/j.gjg.201707021
摘要:
以银川滨河黄河大桥西引桥为背景,阐述了连续组合宽箱梁的钢梁顶推架设过程,并采用有限元方法对钢梁架设过程进行了模拟,分析了顶推过程中最不利的工况,得到钢梁顶推过程中的静力及稳定特性。结果表明,采用顶推方法架设钢梁时,钢梁具有良好的静力及稳定性能。
防火与防腐
钢桥节点的腐蚀磨损交互作用研究
程海根, 刘祥基
2017, 32(7): 111-114. doi: 10.13206/j.gjg.201707022
摘要:
以建筑用Q345B钢通过M16高强螺栓连接,蒸馏水为参比介质,研究钢桥连接节点在常见服役环境空气、酸雨、海水中的摩擦学行为。结果表明,以干燥空气中的磨损量作为纯磨损量可能出现腐蚀磨损"负"交互作用。在酸雨和海水环境中磨损且初始预拉力比较小时,腐蚀磨损交互作用是引起材料磨损的主要原因;当初始预拉力比较大时,机械作用是引起材料磨损的主要原因;随着初始预拉力的变化,Q345B钢表面硬度变化与表面磨损量变化趋势相似,造成表面硬度这种变化规律的原因是磨损对表面起了加工硬化的作用。
新型耐候桥梁钢A709-Gr345W的研发
华文林, 杨秀芝, 董春法, 杨春杰, 肖新华
2017, 32(7): 115-117. doi: 10.13206/j.gjg.201707023
摘要:
为了开发A709-Gr345W新型耐候桥梁钢,对Gr345W钢的生产工艺和化学成分进行了优化设计,并与传统Q345钢进行了成分和性能的对比分析。结果表明:通过合理的成分控制及工艺设计,研发的A709 Gr345W耐候桥梁钢的强度、塑性、耐候性能、低温韧性等指标良好,满足相关标准的技术要求;与传统Q345钢相比,研发的A709-Gr345W耐候桥梁钢具有更为优异的耐候性能和低温韧性。