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2023年 第38卷 第3期
2023, 38(3): 1-12.
doi: 10.13206/j.gjgS23010301
摘要
PDF (1793KB)
摘要:
对装配式模块化钢框架模块间内套筒连接节点进行有限元数值模拟,研究了内套筒与柱壁间隙、内套筒厚度以及内套筒长度对节点承载力的影响,分析了柱壁与内套筒接触力的形成机理和理论计算公式,推导了内套筒与柱壁的接触力计算公式,并与有限元数值计算结果进行对比。研究表明:内套筒与柱壁之间的预留间隙对节点承载力、应力分布以及接触力影响显著,当内套筒与柱壁无间隙时,节点区域柱壁应力分布较为均匀,随预留安装间隙增加,内套筒与柱壁形成不均匀接触应力,节点承载力下降,建议内套筒与柱壁之间的预留间隙不宜超过4 mm;当内套筒厚度大于柱壁厚度时,节点应力分布较为均匀,建议内套筒厚度宜大于柱壁厚度1~2 mm;适当增加内套筒长度有利于节点应力均匀分布,提高节点承载力,建议内套筒应外伸上层梁翼缘和下层梁翼缘各30~50 mm;柱壁与内套筒接触力理论计算式与数值计算结果的误差约为10%,这是由于算式忽略了柱子轴向弯曲变形的影响。
对装配式模块化钢框架模块间内套筒连接节点进行有限元数值模拟,研究了内套筒与柱壁间隙、内套筒厚度以及内套筒长度对节点承载力的影响,分析了柱壁与内套筒接触力的形成机理和理论计算公式,推导了内套筒与柱壁的接触力计算公式,并与有限元数值计算结果进行对比。研究表明:内套筒与柱壁之间的预留间隙对节点承载力、应力分布以及接触力影响显著,当内套筒与柱壁无间隙时,节点区域柱壁应力分布较为均匀,随预留安装间隙增加,内套筒与柱壁形成不均匀接触应力,节点承载力下降,建议内套筒与柱壁之间的预留间隙不宜超过4 mm;当内套筒厚度大于柱壁厚度时,节点应力分布较为均匀,建议内套筒厚度宜大于柱壁厚度1~2 mm;适当增加内套筒长度有利于节点应力均匀分布,提高节点承载力,建议内套筒应外伸上层梁翼缘和下层梁翼缘各30~50 mm;柱壁与内套筒接触力理论计算式与数值计算结果的误差约为10%,这是由于算式忽略了柱子轴向弯曲变形的影响。
2023, 38(3): 13-23.
doi: 10.13206/j.gjgS22110104
摘要:
Q355作为一种新型钢材,凭借其优良的力学性能在我国建筑领域中逐渐广泛运用,但其存在抗火性差的致命缺点,对钢结构建筑存在较大的危险。通过对火灾后的钢结构建筑进行安全性鉴定和承载能力评估,可有效避免因拆除重建而产生的浪费,对其中能予以修复或替换的构件采取相应措施,能较大地节约经济成本。因此,有必要对火灾后的Q355钢材进行残余力学性能研究。为了真实模拟Q355钢材经历火灾及灭火后发生的情形,设置200~900℃及自然冷却、浸水冷却等条件来模拟火灾,并将高温后的Q355钢材进行力学性能试验。借助高温炉、万能试验机及电子引伸计等设备,获得高温冷却后Q355钢材的应力-应变曲线和力学性能参数(屈服强度、抗拉强度、屈强比、弹性模量和伸长率等),并对应力-应变曲线和力学参数受温度及冷却方式的影响规律进行分析,对比分析Q355钢材与Q235、Q460和Q690钢材高温后力学性能的变化规律,利用ORIGIN数据处理软件拟合出Q355钢材在不同冷却方式作用影响下的力学性能数学模型。结果表明:Q355钢材在自然冷却和浸水冷却方式下具有不同的表观特征、破坏模式和力学性能特征;Q355钢材的表面碳化程度随温度的升高而逐渐加深,暴露温度超过600℃时,碳化现象愈加明显,甚至在浸水冷却时,碳化表皮出现剥落;温度未超过600℃时,表观形貌变化特征较小且拉伸试件变形程度较轻,与未经高温试件的表观及变形相似;另外,600℃同时也是Q355钢材残余力学性能改变的临界温度,当温度低于600℃时,Q355钢材力学参数受温度和冷却方式的影响小;温度超过600℃后,Q355钢材力学性能参数随温度和冷却发生改变而显著变化,自然冷却后Q355钢材的屈服强度、抗拉强度和弹性模量均随温度升高而减小,伸长率却随温度升高而增大;温度超过600℃后,Q355钢材经浸水冷却后屈服强度和抗拉强度随温度升高而增大,弹性模量和伸长率却随温度的升高而降低。基于试验结果,建立不同冷却方式下Q355力学性能参数随温度变化的数学模型。
Q355作为一种新型钢材,凭借其优良的力学性能在我国建筑领域中逐渐广泛运用,但其存在抗火性差的致命缺点,对钢结构建筑存在较大的危险。通过对火灾后的钢结构建筑进行安全性鉴定和承载能力评估,可有效避免因拆除重建而产生的浪费,对其中能予以修复或替换的构件采取相应措施,能较大地节约经济成本。因此,有必要对火灾后的Q355钢材进行残余力学性能研究。为了真实模拟Q355钢材经历火灾及灭火后发生的情形,设置200~900℃及自然冷却、浸水冷却等条件来模拟火灾,并将高温后的Q355钢材进行力学性能试验。借助高温炉、万能试验机及电子引伸计等设备,获得高温冷却后Q355钢材的应力-应变曲线和力学性能参数(屈服强度、抗拉强度、屈强比、弹性模量和伸长率等),并对应力-应变曲线和力学参数受温度及冷却方式的影响规律进行分析,对比分析Q355钢材与Q235、Q460和Q690钢材高温后力学性能的变化规律,利用ORIGIN数据处理软件拟合出Q355钢材在不同冷却方式作用影响下的力学性能数学模型。结果表明:Q355钢材在自然冷却和浸水冷却方式下具有不同的表观特征、破坏模式和力学性能特征;Q355钢材的表面碳化程度随温度的升高而逐渐加深,暴露温度超过600℃时,碳化现象愈加明显,甚至在浸水冷却时,碳化表皮出现剥落;温度未超过600℃时,表观形貌变化特征较小且拉伸试件变形程度较轻,与未经高温试件的表观及变形相似;另外,600℃同时也是Q355钢材残余力学性能改变的临界温度,当温度低于600℃时,Q355钢材力学参数受温度和冷却方式的影响小;温度超过600℃后,Q355钢材力学性能参数随温度和冷却发生改变而显著变化,自然冷却后Q355钢材的屈服强度、抗拉强度和弹性模量均随温度升高而减小,伸长率却随温度升高而增大;温度超过600℃后,Q355钢材经浸水冷却后屈服强度和抗拉强度随温度升高而增大,弹性模量和伸长率却随温度的升高而降低。基于试验结果,建立不同冷却方式下Q355力学性能参数随温度变化的数学模型。
2023, 38(3): 24-33.
doi: 10.13206/j.gjgS22120501
摘要:
为提高钢框架实体结构有限元数值计算的效率,采用节点简化理论模型对装配式带悬臂梁段嵌入式节点、装配式加强型带悬臂梁段嵌入式节点、传统带悬臂梁段梁柱连接节点以及带悬臂梁段嵌入式栓焊混合节点进行简化,采用ABAQUS有限元软件对4种节点的简化模型、一层一跨框架简化模型以及框架实体模型分别进行静力分析和拟静力分析,将节点简化模型与节点实体模型、框架简化模型与框架实体模型的计算结果进行对比分析。分析结果表明:1)节点简化模型与节点实体模型在单向静力荷载作用下计算得到的节点刚度、屈服荷载以及极限荷载差值较小,两种模型在循环往复荷载作用下计算得到的节点滞回曲线、骨架曲线以及刚度退化曲线等基本一致,节点简化模型可以很大程度上反映出节点实体模型的力学性能。2)单向静力荷载作用下,框架简化模型和框架实体模型计算得到的结构屈服荷载、极限荷载差值较小,在往复循环荷载作用下,两种框架模型计算得到的框架结构承载力、框架刚度、滞回性能以及耗能能力基本一致,计算结果吻合较好。3)采用节点简化模型和框架简化模型对4种带悬臂梁段节点及框架进行相关计算,计算结果具有一定的精度,与采用节点及框架实体模型相比,分析效率提高了95%以上,大大降低了计算成本。
为提高钢框架实体结构有限元数值计算的效率,采用节点简化理论模型对装配式带悬臂梁段嵌入式节点、装配式加强型带悬臂梁段嵌入式节点、传统带悬臂梁段梁柱连接节点以及带悬臂梁段嵌入式栓焊混合节点进行简化,采用ABAQUS有限元软件对4种节点的简化模型、一层一跨框架简化模型以及框架实体模型分别进行静力分析和拟静力分析,将节点简化模型与节点实体模型、框架简化模型与框架实体模型的计算结果进行对比分析。分析结果表明:1)节点简化模型与节点实体模型在单向静力荷载作用下计算得到的节点刚度、屈服荷载以及极限荷载差值较小,两种模型在循环往复荷载作用下计算得到的节点滞回曲线、骨架曲线以及刚度退化曲线等基本一致,节点简化模型可以很大程度上反映出节点实体模型的力学性能。2)单向静力荷载作用下,框架简化模型和框架实体模型计算得到的结构屈服荷载、极限荷载差值较小,在往复循环荷载作用下,两种框架模型计算得到的框架结构承载力、框架刚度、滞回性能以及耗能能力基本一致,计算结果吻合较好。3)采用节点简化模型和框架简化模型对4种带悬臂梁段节点及框架进行相关计算,计算结果具有一定的精度,与采用节点及框架实体模型相比,分析效率提高了95%以上,大大降低了计算成本。
2023, 38(3): 34-42.
doi: 10.13206/j.gjgS23010201
摘要:
为深入研究大直径栓钉在超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)和普通混凝土(normal concrete,NC)中的破坏模式及力学特征,对7组试件进行了推出试验研究,详细分析了混凝土强度、混凝土板厚、栓钉直径、栓钉长径比及混凝土试件尺寸对大直径栓钉极限抗剪承载力的影响规律。结果表明:UHPC试件破坏模式为栓钉剪断,UHPC能够有效抵抗栓钉产生的劈裂力,有效防止发生混凝土板劈裂破坏;与NC试件相比,UHPC试件的抗剪承载力和抗剪刚度更高,但延性较低;在UHPC试件中,大直径栓钉的长径比、混凝土板厚及混凝土板尺寸对栓钉抗剪承载力、抗剪刚度和极限滑移影响较小。最后,根据试验结果提出了UHPC中大直径栓钉剪断破坏模式下的荷载-滑移曲线及抗剪承载力计算建议公式,可为钢-UHPC组合结构工程设计提供一定的参考。
为深入研究大直径栓钉在超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)和普通混凝土(normal concrete,NC)中的破坏模式及力学特征,对7组试件进行了推出试验研究,详细分析了混凝土强度、混凝土板厚、栓钉直径、栓钉长径比及混凝土试件尺寸对大直径栓钉极限抗剪承载力的影响规律。结果表明:UHPC试件破坏模式为栓钉剪断,UHPC能够有效抵抗栓钉产生的劈裂力,有效防止发生混凝土板劈裂破坏;与NC试件相比,UHPC试件的抗剪承载力和抗剪刚度更高,但延性较低;在UHPC试件中,大直径栓钉的长径比、混凝土板厚及混凝土板尺寸对栓钉抗剪承载力、抗剪刚度和极限滑移影响较小。最后,根据试验结果提出了UHPC中大直径栓钉剪断破坏模式下的荷载-滑移曲线及抗剪承载力计算建议公式,可为钢-UHPC组合结构工程设计提供一定的参考。
2023, 38(3): 43-50.
doi: 10.13206/j.gjgS23012101
摘要:
全干式连接装配式楼板完全避免了施工现场湿作业,可使钢结构建筑工期短、环保性强的优势得到充分发挥,但由于该楼板完全预制的特性,故在安装精度控制方面要求较高。现有BIM技术无法考虑装配式构件的生产及装配误差,为解决全干式连接装配式楼板因生产精度不够而导致现场装配失败需要返厂重制造成的时间、运输和人力等成本增加的问题,针对全干式连接装配式楼板提出一种基于BIM+三维激光扫描技术的精细化安装管理方法,在预制构件仓储阶段即可完成精度检测与虚拟装配,可有效避免由精度不足引起的成本浪费。该精细化安装管理方法在构件预制工厂采用全站仪建立空间坐标系并通过标靶点确定各构件实物在空间中的位置坐标,然后使用三维激光扫描仪分别扫描全干式连接装配式楼板预制盖、底板单元获取各构件点云数据。应用先进的数据后处理软件MAGNET Collage实现标靶拼接、点云数据拟合、点云分割提取、降噪处理和坐标系建立,从而得到各构件点云模型及其空间位置,实现构件实物及其空间位置几何意义上的实景复制,获取了带有生产误差及装配误差的全干式连接装配式楼板各构件数字孪生模型。所得数字模型与根据图纸创建的理想BIM模型通过空间坐标系对接匹配进行对比分析,可获取预制构件相应误差的大小和位置;通过全干式连接装配式楼板盖、底板单元数字模型之间的虚拟预拼装可获取实际安装中各构件的装配误差,调整参考点坐标进行误差修正并输出最终坐标调整数据用于指导相应构件的现场安装;基于以上技术提出该楼板施工质量与安全管理办法,通过生产、仓储、预拼装、运输和施工五个阶段对全干式连接装配式楼板工厂预制至现场装配之间的过程进行协调管理。结果表明:该精细化安装管理方法能快速获取全干式连接装配式楼板数字孪生模型,对其生产精度进行分析可得最大相对误差为5%,满足精度要求;通过虚拟装配可预测实际施工中可能出现的因累积误差导致现场无法实现装配的问题,提高全干式连接装配式楼板在钢结构建筑中现场安装效率,有效避免了由精度不足引起的成本浪费。基于BIM+三维激光扫描技术的精细化安装管理方法可推广至其他对精度要求较高的装配式结构。
全干式连接装配式楼板完全避免了施工现场湿作业,可使钢结构建筑工期短、环保性强的优势得到充分发挥,但由于该楼板完全预制的特性,故在安装精度控制方面要求较高。现有BIM技术无法考虑装配式构件的生产及装配误差,为解决全干式连接装配式楼板因生产精度不够而导致现场装配失败需要返厂重制造成的时间、运输和人力等成本增加的问题,针对全干式连接装配式楼板提出一种基于BIM+三维激光扫描技术的精细化安装管理方法,在预制构件仓储阶段即可完成精度检测与虚拟装配,可有效避免由精度不足引起的成本浪费。该精细化安装管理方法在构件预制工厂采用全站仪建立空间坐标系并通过标靶点确定各构件实物在空间中的位置坐标,然后使用三维激光扫描仪分别扫描全干式连接装配式楼板预制盖、底板单元获取各构件点云数据。应用先进的数据后处理软件MAGNET Collage实现标靶拼接、点云数据拟合、点云分割提取、降噪处理和坐标系建立,从而得到各构件点云模型及其空间位置,实现构件实物及其空间位置几何意义上的实景复制,获取了带有生产误差及装配误差的全干式连接装配式楼板各构件数字孪生模型。所得数字模型与根据图纸创建的理想BIM模型通过空间坐标系对接匹配进行对比分析,可获取预制构件相应误差的大小和位置;通过全干式连接装配式楼板盖、底板单元数字模型之间的虚拟预拼装可获取实际安装中各构件的装配误差,调整参考点坐标进行误差修正并输出最终坐标调整数据用于指导相应构件的现场安装;基于以上技术提出该楼板施工质量与安全管理办法,通过生产、仓储、预拼装、运输和施工五个阶段对全干式连接装配式楼板工厂预制至现场装配之间的过程进行协调管理。结果表明:该精细化安装管理方法能快速获取全干式连接装配式楼板数字孪生模型,对其生产精度进行分析可得最大相对误差为5%,满足精度要求;通过虚拟装配可预测实际施工中可能出现的因累积误差导致现场无法实现装配的问题,提高全干式连接装配式楼板在钢结构建筑中现场安装效率,有效避免了由精度不足引起的成本浪费。基于BIM+三维激光扫描技术的精细化安装管理方法可推广至其他对精度要求较高的装配式结构。
2023, 38(3): 51-53.
doi: 10.13206/j.gjgS22102815
摘要:
介绍了可资利用的延性系数与二阶效应系数之间的关系以及设防目标分别是震后使用、震后可修和震后不倒时的地震作用相对大小,对美国、欧洲和新西兰抗震设计规范对地震动力稳定的考虑方法进行了简要分析,给出了弹塑性静力二阶效应与地震动力二阶效应的公式和为确保不发生地震动力弹塑性失稳需要引入的地震作用放大系数。
介绍了可资利用的延性系数与二阶效应系数之间的关系以及设防目标分别是震后使用、震后可修和震后不倒时的地震作用相对大小,对美国、欧洲和新西兰抗震设计规范对地震动力稳定的考虑方法进行了简要分析,给出了弹塑性静力二阶效应与地震动力二阶效应的公式和为确保不发生地震动力弹塑性失稳需要引入的地震作用放大系数。
