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2019年  第34卷  第3期

科研开发
考虑楼板效应的装配式自复位钢框架节点弯矩-转角理论研究
张艳霞, 黄威振, 郑明召, 李全刚, 费晨超
2019, 34(3): 1-8. doi: 10.13206/j.gjg.201903001
摘要:
装配式自复位钢框架结构体系在地震中能够有效耗散地震能量、控制结构损伤,震后残余变形小易修复,但由于震时自复位钢框架节点开口的特性带来了装配式自复位钢框架自身膨胀效应,使得传统的楼板体系不适用于该类结构体系。基于课题组提出的带新型滑动次梁的楼板体系和考虑带新型滑动次梁楼板体系后自复位框架梁各轴向力的计算式和自复位钢框架节点弯矩-转角关系。通过一个算例量化分析了8度设防、8度罕遇和8度罕遇(0. 3g)三个地震动水准下楼板效应对自复位钢框架节点开口后弯矩-转角的影响程度。
柱脚耗能的连柱钢支撑结构抗震性能分析
葛俊, 赵宝成
2019, 34(3): 9-15. doi: 10.13206/j.gjg.201903002
摘要:
为了提高连柱钢支撑结构耗能能力,增加耗能连梁进入塑性的程度,提出在柱脚处设置耗能连梁,形成柱脚可耗能的连柱钢支撑结构形式。设计了柱脚耗能的连柱钢支撑结构试件,采用ABAQUS有限元分析软件,对试件进行低周往复加载,分析耗能连梁长度和支撑跨跨度等设计参数对结构滞回性能的影响。分析结构的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线以及耗能能力等方面的特征,结果表明:柱脚可耗能的连柱钢支撑结构滞回曲线比较饱满,耗能能力较强,破坏模式是较为理想的。随着耗能连梁长度增加,结构的承载力和刚度下降,结构的耗能能力呈现先增加后降低的趋势,建议耗能连梁长度取值范围(1. 0~1. 51) Mp/Vp,其中,Mp为耗能连梁的塑性抗弯承载力,Vp为耗能连梁的抗剪承载力。随着支撑跨跨度的增加,结构的承载力和刚度以及耗能能力方面都有所增加。
刚性基底的周边不同边界约束矩形板面内纯剪作用下屈曲研究
郑艳, 向勇斌, 莫时旭
2019, 34(3): 16-21. doi: 10.13206/j.gjg.201903003
摘要:
基于刚性基底的矩形板面内受压作用下的单向屈曲问题已有一些研究成果,而基于刚性基底的矩形板面内剪切受力条件下的单向屈曲问题国内尚无相关文献报道。通过对基于刚性基底的周边不同约束矩形板面内剪切受力条件下的单向屈曲行为的分析研究,采用Rayleigh-Ritz变分法建立了满足上述边界条件的板的弹性屈曲计算理论,得出简支边界薄板的临界屈曲系数κcr=7. 2,与国外相关文献采用有限单元法推导的κcr值偏差为7. 8%,得出固支边界薄板的临界屈曲系数κcr=13. 06,与国外相关文献采用微分方程法推导的κcr值偏差为7. 4%。研究结果表明:该计算理论有广泛的适用性。
轴心受压等肢角钢绕截面最小轴弯曲屈曲特性研究
陈剑平, 林光龙, 李文斌, 贺启, 林俊哲, 刘树堂, 熊国文
2019, 34(3): 22-27. doi: 10.13206/j.gjg.201903004
摘要:
为了研究轴心受压等肢角钢绕截面最小轴弯曲屈曲特性,建立了一种分析方法。基于压杆无应力态下弧长不变原理求得压杆弧长状态方程。在弹性受压阶段,基于压杆中点力矩平衡微分方程求得应力-挠度相关方程。在弹塑性受压阶段,基于角钢压杆中点截面应力分布列出力与力矩平衡方程,从而导出应力-挠度-截面弹性区高度的相关方程;基于压杆中点应变所产生的曲率与轴线函数微分所求得的曲率相等关系求得截面弹性区高度表达式。最后,通过上述基本方程的联立求解,求得角钢压杆在弹性及弹塑性受压阶段的本构关系方程。利用所提出的本构关系方程,研究等肢角钢轴心压杆的屈曲特性。研究结果表明:此方法合理准确,能够有效预测等肢角钢轴心压杆的屈曲特性。
应变时效对Q345钢力学性能影响研究
姜志鹏, 王燕, 杨怡亭, 马立威
2019, 34(3): 28-34. doi: 10.13206/j.gjg.201903005
摘要:
针对Q345钢和对接焊缝试件开展了应变时效试验研究,分析了应变时效对钢材及焊缝力学性能的影响,采用Ramberg-Osgood模型对应变时效试件应力-应变曲线进行拟合。研究结果表明:预应变为12. 5%、时效为7 d标准试件的抗拉强度提高10%,断裂应变降低33%,增大了结构发生脆性破坏的可能性。应变时效提高了对接焊缝试件强度,降低了塑性和韧性。预应变为20%时,对接焊缝试件的断裂应变下降可达50%,应变时效后对接焊缝试件的变形能力显著降低,更易发生脆性破坏。采用Ramberg-Osgood模型可以较为准确地拟合应变时效后的应力-应变曲线,与试验结果吻合较好,适用于不同应变时效处理后的应力-应变曲线。其中,预应变和时效增加均能引起特征指数n增大,预应变对特征指数n的影响更显著。与时效影响相比,预应变对Q345钢和对接焊缝试件力学性能的影响更加显著。
不同钢板厚度的脆性断裂力学特征研究
张卫元
2019, 34(3): 35-39. doi: 10.13206/j.gjg.201903006
摘要:
针对厚钢板强度不足、裂纹敏感性等问题,通过有限元模型构建含缺口尖端的钢板材料,分析不同厚度下钢材缺口尖端应力场分布情况,对钢板脆性断裂倾向进行研究。研究结果表明:在弹性应力阶段,对于50~150 mm的特厚钢板,随钢结构厚度的增加而应力呈现出小幅增长的趋势。沿Z向,σz在缺口尖端取得最大值,靠近裂纹尖端局部区域应力降低并不明显,靠近钢板表面呈直线下降;塑性变形阶段,随着应力水平的增加,特厚板应力衰减速率降低,特厚板的塑性变形受到约束,导致钢板更容易发生脆性破坏。厚钢板的最大拉应力随荷载增加的增幅更为明显,最大拉应力依然在非塑性区且不断增大,最终导致材料发生脆性破坏。
型钢混凝土受弯构件承载力计算方法探讨与研究
熊学玉, 姚刚峰
2019, 34(3): 40-44. doi: 10.13206/j.gjg.201903007
摘要:
以36根型钢混凝土(SRC)梁构件为数据样本,分析了包括YB 9802—2006《钢骨混凝土结构技术规程》、JGJ 138—2001《型钢混凝土组合结构技术规程》、根据型钢上翼缘受力状态的分类讨论方法以及基于MATLAB的条带法在内的4种SRC抗弯承载力计算方法的适用性及准确性。另外,对分类讨论方法中截面受压区高度的计算过程进行简化,得到了相关的简便计算方法,在简化计算的同时能够保证较好的精度。
考虑滑移的压型钢板-轻骨料混凝土组合板抗弯性能研究
谢飞, 郑晓燕, 张文华, 蒯楠
2019, 34(3): 45-49. doi: 10.13206/j.gjg.201903008
摘要:
基于压型钢板-轻骨料混凝土组合板受弯试验及有限元分析,研究了压型钢板厚度、组合板厚度及钢板强度等因素对组合板受弯承载力的影响。探究了栓钉的组合效应及压型钢板与轻骨料混凝土交界面之间的相对滑移问题,针对带栓钉的组合板,提出了考虑压型钢板和轻骨料混凝土之间黏结滑移的抗弯承载力计算式。
钢-混凝土曲线组合箱梁桥横隔板间距研究
李运生, 薛辉, 邱爽, 余林, 张彦玲
2019, 34(3): 50-58. doi: 10.13206/j.gjg.201903009
摘要:
曲线组合梁需通过设置横隔板来控制畸变变形。针对使用阶段的曲线闭口组合箱梁,首先采用M/r法(M为曲梁弯矩,r为曲梁半径)将其转换为等效直梁,然后建立基于弹性地基梁法的有限元模型,计算截面的畸变效应,对横隔板数量N、跨度L和跨径比L/r进行参数分析,以畸变应力比(畸变正应力与弯曲正应力的比值)为控制指标,给出适于使用阶段曲线组合梁横隔板间距的计算式。研究发现:在各种使用荷载中,车道集中活载偏心和离心力产生的畸变效应比重最大,出现了局部效应;畸变应力比随横隔板数量和跨度的增加呈现按指数函数下降的规律,随跨径比的增大则线性增长;在计算曲线组合梁横隔板间距时,可首先设定合理的应力比限值,然后根据前期研究和给出的曲线组合梁施工和使用阶段的横隔板间距计算式,取二者较小值作为设计依据。
工程设计
装配式钢结构在医院建筑改扩建工程中的应用
余佳亮, 常明媛, 张耀林, 孙伟
2019, 34(3): 59-63. doi: 10.13206/j.gjg.201903010
摘要:
装配式钢结构体系可以避免施工现场砂石、水泥堆放,减少模板储运以及现浇钢筋混凝土施工作业的噪声、粉尘污染,对周围病护区和正常的医疗工作影响小,适合在医院建筑改扩建项目中应用。结合靖江医院改扩建综合楼项目,从主体结构体系、连接节点、管线综合、三板体系、内装部品、防腐防火、制作施工7个方面分析了装配式钢结构应用于医院建筑时的技术方案。
初始几何缺陷对大跨张弦桁架结构整体稳定的影响研究
古莉, 龚景海, 鲁博宽
2019, 34(3): 64-68. doi: 10.13206/j.gjg.201903011
摘要:
张弦桁架结构在大跨空间结构中应用越来越广泛,如何确保此类结构的整体稳定性是钢结构领域面临的重要课题。首先以某185 m跨张弦桁架柱面煤棚为背景,分析了满跨活荷载、半跨活荷载和风荷载作用下不同初始缺陷对该结构整体稳定性能的影响,发现在该结构设计中,以理想结构的静力失稳模态作为结构的初始几何缺陷,比"一致缺陷模态法"对结构的整体稳定性有更显著的影响。再建立跨度为120,140,160,180,200 m的类似柱面张弦桁架模型并分别分析其整体稳定性。研究结果表明:此类张弦桁架结构对初始缺陷不敏感,静力失稳模态作为初始缺陷与一阶模态相比更加不利。
钢筋桁架加强部件承载性能研究
褚云朋, 王秀丽, 侯鸿杰
2019, 34(3): 69-74. doi: 10.13206/j.gjg.201903012
摘要:
组合墙体在楼层连接处的构造不连续是限制该体系在多层房屋应用的关键因素,为提高上下层墙段间协同工作能力,符合"强连接、弱构件"的设计要求,提出一种楼层连接处外构造加强方法,并对加强部件进行有限元分析及试验研究,结果表明:HJZ、HJB、HJZB0系列试件耗能能力较强,在所考察的轴压范围内,承载力及耗能能力受轴压影响很小,且随轴压增大耗能能力有所提高;竖向荷载作用下,试验中所有试件承载力均有下降段,为延性破坏;试件发生破坏的为角部4根立柱的整体失稳,应变片读数超过屈服应变;加强部件应用于层间构造加强,可明显提高楼层连接处抗往复荷载破坏的能力。
腹杆布置体系对钢栈桥上部结构优化分析
张清旭, 宁晓骏
2019, 34(3): 75-77. doi: 10.13206/j.gjg.201903013
摘要:
以云南省某钢栈桥为例,采用MIDAS/Civil软件建立有限元模型,模拟分析钢栈桥结构受力情况,并通过计算对其进行结构优化分析。考虑全拉单斜式、全压单斜式、一拉一压单斜式、双斜式和网格式5种腹杆布置形式,进行静、动力分析及时程分析,找出比较合理的腹杆布置体系,进而为钢栈桥结构优化设计提供一种新思路和有效的参考。结果表明:采用全拉单斜式腹杆布置形式构造简单、施工方便、经济效益佳,且动力性能和地震作用下时程响应更优,更适用于钢栈桥。
钢底板和波形钢腹板组合简支箱梁桥方案研究
熊籽跞, 邱靖权, 郑凯锋
2019, 34(3): 78-81. doi: 10.13206/j.gjg.201903014
摘要:
结合40 m跨度城市汽车专用简支梁桥设计,针对钢箱梁桥方案存在的正交异性钢桥面铺装困难、抗疲劳性能差等问题,提出一种钢底板和波形钢腹板组合简支箱梁方案。根据公路桥涵设计相关规范,采用MIDAS/Civil有限元软件建立了全桥组合单元模型,分析了该种桥型在不同工况下的应力和变形,对比了组合梁方案与钢箱梁方案在技术、经济上的特点。研究表明:钢底板和波形钢腹板组合简支箱梁桥能满足承载能力和正常使用的要求;该种桥型在材料用量、施工周期、施工质量、耐久性能等方面都具有显著优势。
羊头型输电杆塔的试验及有限元分析
易黎明, 邹相国, 冯炎, 杨新华
2019, 34(3): 82-85. doi: 10.13206/j.gjg.201903015
摘要:
针对一种新型负保护角羊头型输电杆塔,开展了真型试验和有限元模拟,以验证其可靠性。在10种工况下进行了试验结果和模拟结果的比较,证实了数值模拟结果的可靠性。模态分析和静强度计算的结果表明:该杆塔结构是可靠的。值得注意的是,试验发现60°大风超载达到139%时,塔身主材发生局部屈曲,而稳定性分析的结果表明,在60°大风超载不到110%的情况下,塔身主材已进入失稳临界状态。这一方面说明杆塔结构具有足够的安全储备,另一方面也表明计算结果偏于保守。
钢结构桁架式通廊结构性能优化研究
陈竣
2019, 34(3): 86-89. doi: 10.13206/j.gjg.201903016
摘要:
在大跨度、高运输能力的通廊结构领域内,钢结构桁架式通廊结构是在结构受力、性价比、构件生产、安施安装方面有其特有的优势,是目前通廊结构中最常用的一种形式。为了对钢结构桁架式通廊进行性能优化研究,以武汉新洲区某煤矿钢结构桁架式单皮带通廊为例,借助理论分析和有限元建模等方法,对该结构进行了详细设计剖析,重点分析了钢结构桁架通廊的受力、桁架形式的布置、桁架节点的构造与优化设计,通过比较不同方案得出通廊结构的最优化设计方案,使得最后优化设计后的结构更适合于实际,最终实现对钢结构桁架式通廊结构性能优化设计的目的。
关于背拉杆对人字钢闸门力学性能影响的研究
殷小珠, 方帅, 李烨, 朱召泉
2019, 34(3): 90-94. doi: 10.13206/j.gjg.201903017
摘要:
为研究背拉杆对人字闸门力学性能的影响,应用Adina软件建立闸门空间有限元分析模型。建立采用无背拉杆、非预应力背拉杆和预应力背拉杆的3种人字闸门模型,分别计算其在自然悬挂、开门、关门3种工况下的抗扭刚度以及开门、关门两种工况下的自振频率,并进行对比分析。结果表明:背拉杆对人字闸门的抗扭刚度提高起到积极作用,但对改善人字闸门自振特性的作用效果不明显。
加工制作
空间扭曲钢构件加工技术研究
魏金满, 国贤慧, 肖川, 汪天平
2019, 34(3): 95-97. doi: 10.13206/j.gjg.201903018
摘要:
空间异型扭曲结构已广泛用于大跨度场馆结构中,由于其扭曲度大、跨度大、截面大、板材厚等特点,施工及检验难度大。针对沈河文体中心项目空间扭曲构件制作及检验提出了一种新方法,即用油压机及卷板机对主零件进行折弯并用样板木模进行贴合检验,用三维坐标放样法对构件进行放样并用三维激光跟踪仪进行尺寸检验,提高了检验精度,缩短了检验时间。
施工技术
大跨度体内钢索预应力拱形桁架结构建造技术
袁国平, 於国飞, 何海, 赵凡, 蒋永扬
2019, 34(3): 98-102. doi: 10.13206/j.gjg.201903019
摘要:
吉安体育中心游泳馆屋盖采用拱形大跨度体内钢索预应力拱形桁架钢结构,钢结构屋盖施工前下部混凝土结构已施工完成。根据现场条件和钢结构设计特点,按照首先在地面完成各榀桁架拼装并敷设钢索、接着在跨外布置2台履带吊通过多次抬吊进行空中搬运就位、然后进行体内钢索张拉、再完成悬挑桁架安装、直至完成轻质复合金属屋面围护结构的流程进行施工。工程实践证明:该建造技术安全可靠、质量有保障、经济合理、充分发挥了钢结构特别是预应力钢结构优异的力学性能。
防火与防腐
压型钢板腐蚀研究现状及展望
幸坤涛, 徐吉民, 庄继勇, 王飞, 张世骥
2019, 34(3): 103-106. doi: 10.13206/j.gjg.201903020
摘要:
以某钢厂工业厂房压型屋面板为背景,讨论了进行压型钢板腐蚀研究的现实意义,并结合国内外关于钢材腐蚀的研究资料,从腐蚀类型、腐蚀机理、腐蚀对钢材性能的影响、腐蚀检测方法等方面入手,介绍了当前钢结构腐蚀的研究现状,探讨了当前研究的成果及存在问题,为压型钢板的腐蚀检测与加固提供了理论支持,最后介绍了压型钢板腐蚀研究的思路及展望。
BIM技术与应用
基于BIM的钢网架结构模拟施工与变形监测
孙秋荣
2019, 34(3): 107-110. doi: 10.13206/j.gjg.201903021
摘要:
目前许多大中型项目都要求采用BIM技术从设计到施工全周期跟踪监控,BIM技术越来越多地应用于工程项目之中。以山西某体育馆为工程实例,对项目施工及检测方案加以概述;结合Revit软件进行项目信息模型建立并在Navisworks中进行了拼装、吊装以及安装阶段模拟施工,使施工过程直观展示给非专业人员;将Revit中项目信息模型无缝衔接到Robot软件中,对项目施工阶段进行模拟检测记录各不利位置的应力、应变数据以及位移值。
BIM技术在钢结构施工方案决策分析中的应用研究
谢广荣
2019, 34(3): 111-115. doi: 10.13206/j.gjg.201903022
摘要:
针对高层大跨度钢结构施工过程难以实时跟踪和有效模仿问题,应用BIM技术来实现对钢结构建筑的虚拟施工。以某一钢结构建筑施工项目为对象,引入虚拟施工理念和Revit系列建模软件构建结构3D模型,对施工现场可视化和碰撞检测进行施工现场分析,并基于Navis Works提供的实践命令下,建立钢结构的四维空间模型,实现对不同施工节点和施工状态下的动态化模拟。研究结果表明:采用BIM技术构建虚拟化施工模型有效地实现了建筑、结构、机电的一体化施工建设,通过Navis Works的可视化协调作用和时间命令项,根据施工顺序将动态效果与Time Liner进行关联整合,使得模拟效果更具动态感,并方便施工现场和设计人员的模型调用,能够对正在施工项目存在的问题提前感知。
设计论坛
GB 50017—2017《钢结构设计标准》疑难浅析(3)
王立军
2019, 34(3): 116-118. doi: 10.13206/j.gjg.201903023
摘要:
7结构安全等级与抗震设防类别(第3. 1. 4条、第17. 1. 2条)17钢标第3. 1. 4条规定,钢结构的安全等级按GB 50068—2001《建筑结构可靠度设计统一标准》(简称《建标》)和GB 50153—2008《工程结构可靠性设计统一标准》(简称《工标》)采用。《建标》是针对