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2025年 第40卷 第12期
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2025, 40(12): 1-7.
doi: 10.13206/j.gjgS24030802
摘要
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摘要:
形状记忆合金（shape memory alloy，SMA）具有形状记忆特性和超弹性特质，将材料应用于钢结构节点中便可使结构具备自复位和耗能的能力，已有研究大多聚焦于使用SMA材料梁柱节点本身的性能，对使用SMA自复位梁柱节点的钢框架抗震性能研究较少。为研究使用SMA自复位节点的钢框架在地震作用下的性能表现，通过有限元软件OpenSEES对使用SMA自复位节点的钢框架进行建模，与试验数据对比证明简化模型的准确性；以初始抗侧刚度、承载力、层间位移角和残余层间位移角等为分析指标，对简化模型进行非线性静力分析和非线性动力分析。研究结果表明：相较传统钢框架，装配SMA自复位节点钢框架的初始抗侧刚度和承载力均更小；在不同侧向加载模式下，传统钢框架和SMA自复位节点钢框架的最大层间位移角均在结构下部，SMA自复位节点钢框架的相对层间位移角更小；由于装配了SMA自复位节点，SMA自复位节点钢框架的层间位移变形更大，但在地震作用后基本恢复到初始状态，结构产生的残余层间位移角较传统钢框架显著降低；装配该种SMA自复位节点可以改善结构层间位移离散较大的现象，使结构受力更加均匀，相对传统钢框架具有更好的抗震性能，表现出较强的震后恢复性能，提升了结构的可修复性。
形状记忆合金（shape memory alloy，SMA）具有形状记忆特性和超弹性特质，将材料应用于钢结构节点中便可使结构具备自复位和耗能的能力，已有研究大多聚焦于使用SMA材料梁柱节点本身的性能，对使用SMA自复位梁柱节点的钢框架抗震性能研究较少。为研究使用SMA自复位节点的钢框架在地震作用下的性能表现，通过有限元软件OpenSEES对使用SMA自复位节点的钢框架进行建模，与试验数据对比证明简化模型的准确性；以初始抗侧刚度、承载力、层间位移角和残余层间位移角等为分析指标，对简化模型进行非线性静力分析和非线性动力分析。研究结果表明：相较传统钢框架，装配SMA自复位节点钢框架的初始抗侧刚度和承载力均更小；在不同侧向加载模式下，传统钢框架和SMA自复位节点钢框架的最大层间位移角均在结构下部，SMA自复位节点钢框架的相对层间位移角更小；由于装配了SMA自复位节点，SMA自复位节点钢框架的层间位移变形更大，但在地震作用后基本恢复到初始状态，结构产生的残余层间位移角较传统钢框架显著降低；装配该种SMA自复位节点可以改善结构层间位移离散较大的现象，使结构受力更加均匀，相对传统钢框架具有更好的抗震性能，表现出较强的震后恢复性能，提升了结构的可修复性。
2025, 40(12): 8-15.
doi: 10.13206/j.gjgS23122102
摘要:
索支撑光伏电站结构采用悬索代替传统的钢梁结构支撑光伏组件，是索结构的一种新应用，温度效应也是索结构的重要荷载：高温条件下，索发生热膨胀变形导致索力降低，进而影响结构的整体线形和刚度；低温条件下，索发生收缩变形导致索力增大，影响结构承载能力。但是，截至目前，科学家和工程师对于索支撑光伏电站的温度效应还鲜有研究。因此，对索支撑光伏电站索力和组件边框温度效应进行了系统分析和研究，提出了不同工况下两种索支撑光伏电站的索力温度效应经验分析公式和无温度效应索力的经验公式，并通过与有限元计算结果对比，证实了经验公式的准确性。通过经验公式计算结构索力，将节省有限元计算过程，提高索支撑光伏电站支撑结构设计效率。研究发现了在温度效应作用下光伏组件边框应力的分布规律：无索结构情况下，光伏组件边框最不利位置出现在长边框和短边框连接处，边框应力呈现“凹”型分布；有索结构情况下，降温光伏组件边框最不利位置出现在边框与预应力钢绞线连接处，边框应力呈现“M”型分布；升温光伏组件边框最不利位置出现在长边框和短边框连接处，边框应力呈现“W”型分布。
索支撑光伏电站结构采用悬索代替传统的钢梁结构支撑光伏组件，是索结构的一种新应用，温度效应也是索结构的重要荷载：高温条件下，索发生热膨胀变形导致索力降低，进而影响结构的整体线形和刚度；低温条件下，索发生收缩变形导致索力增大，影响结构承载能力。但是，截至目前，科学家和工程师对于索支撑光伏电站的温度效应还鲜有研究。因此，对索支撑光伏电站索力和组件边框温度效应进行了系统分析和研究，提出了不同工况下两种索支撑光伏电站的索力温度效应经验分析公式和无温度效应索力的经验公式，并通过与有限元计算结果对比，证实了经验公式的准确性。通过经验公式计算结构索力，将节省有限元计算过程，提高索支撑光伏电站支撑结构设计效率。研究发现了在温度效应作用下光伏组件边框应力的分布规律：无索结构情况下，光伏组件边框最不利位置出现在长边框和短边框连接处，边框应力呈现“凹”型分布；有索结构情况下，降温光伏组件边框最不利位置出现在边框与预应力钢绞线连接处，边框应力呈现“M”型分布；升温光伏组件边框最不利位置出现在长边框和短边框连接处，边框应力呈现“W”型分布。
2025, 40(12): 16-23.
doi: 10.13206/j.gjgS25032501
摘要:
为研究Q420C钢材火灾高温作用后的力学性能变化规律，考察高温和降温对钢材冲击韧性的影响，试验涵盖了200，400，600，800 ℃温度梯度，自然冷却与浸水冷却两种降温方式，在20，0，-20，-40，-60 ℃五种低温环境下进行冲击试验，测定钢材高温冷却后的冲击功值，结合常温条件下Q420C钢材的试验结果，采用Boltzmann函数进行回归分析，系统总结了钢材经处理后韧性的变化规律。同时，通过宏观观察与扫描电镜观察试件的断裂模式，研究表明：在不同试验条件下，钢材展现出各异的表观特征、冲击韧性及断裂模式。1）在400 ℃与600 ℃的高温环境中，钢材表面会形成蓝色氧化膜及碳化物，这些物质在浸水冷却过程中易于脱落；随着温度升高，碳化现象愈发显著，且碳化物更易剥落，采用浸水冷却方式可有效减轻这一现象，使钢材表面更加平整。2）经自然冷却处理的钢材冲击功值随处理温度的升高不断上升，但600 ℃为此趋势的临界温度点，随着温度继续升高（800 ℃）韧性虽有降低但仍大于T=400 ℃时；浸水冷却对材料韧性影响较大，在400 ℃时冲击功值略有上升，略高于未经高温处理情况下，此后持续大幅下降，最低为29 J；对比常温条件下Q420C钢材的冲击试验结果，发现冲击功值的变化呈倍数关系，计算得出材料经不同处理后其冲击功值折减系数，表明冷却方式和承受高温对钢材韧性影响显著，采用自然冷却的效果明显优于浸水冷却。3）多数试件的断裂表面保留着纤维区和剪切唇，说明材料展现出良好的韧性性能，对于较低温度（200，400 ℃）处理后的钢材，冷却方式对其断口形态的影响并不显著，随着温度继续升高至600，800 ℃，自然冷却下钢材在-40 ℃以下才出现明显的脆性断裂特征，经过浸水冷却处理的钢材在更高的环境温度下也出现了脆性断裂特征，标志着材料在更早发生了脆性断裂。
为研究Q420C钢材火灾高温作用后的力学性能变化规律，考察高温和降温对钢材冲击韧性的影响，试验涵盖了200，400，600，800 ℃温度梯度，自然冷却与浸水冷却两种降温方式，在20，0，-20，-40，-60 ℃五种低温环境下进行冲击试验，测定钢材高温冷却后的冲击功值，结合常温条件下Q420C钢材的试验结果，采用Boltzmann函数进行回归分析，系统总结了钢材经处理后韧性的变化规律。同时，通过宏观观察与扫描电镜观察试件的断裂模式，研究表明：在不同试验条件下，钢材展现出各异的表观特征、冲击韧性及断裂模式。1）在400 ℃与600 ℃的高温环境中，钢材表面会形成蓝色氧化膜及碳化物，这些物质在浸水冷却过程中易于脱落；随着温度升高，碳化现象愈发显著，且碳化物更易剥落，采用浸水冷却方式可有效减轻这一现象，使钢材表面更加平整。2）经自然冷却处理的钢材冲击功值随处理温度的升高不断上升，但600 ℃为此趋势的临界温度点，随着温度继续升高（800 ℃）韧性虽有降低但仍大于T=400 ℃时；浸水冷却对材料韧性影响较大，在400 ℃时冲击功值略有上升，略高于未经高温处理情况下，此后持续大幅下降，最低为29 J；对比常温条件下Q420C钢材的冲击试验结果，发现冲击功值的变化呈倍数关系，计算得出材料经不同处理后其冲击功值折减系数，表明冷却方式和承受高温对钢材韧性影响显著，采用自然冷却的效果明显优于浸水冷却。3）多数试件的断裂表面保留着纤维区和剪切唇，说明材料展现出良好的韧性性能，对于较低温度（200，400 ℃）处理后的钢材，冷却方式对其断口形态的影响并不显著，随着温度继续升高至600，800 ℃，自然冷却下钢材在-40 ℃以下才出现明显的脆性断裂特征，经过浸水冷却处理的钢材在更高的环境温度下也出现了脆性断裂特征，标志着材料在更早发生了脆性断裂。
2025, 40(12): 24-30.
doi: 10.13206/j.gjgS24101802
摘要:
滑移脚手架因具有操作便捷、综合经济性好等优点，广泛应用于机场指廊、火车站、会展中心等结构跨度大、长度长的网壳结构中。为解决常规滑移脚手架的缺陷和不足，通过针对性研发和升级，提出了三种主要施工技术：1）带支撑滑移脚手架施工技术。通过滑移脚手架内设圆管支撑分块交替滑移，或外设圆管支撑并行滑移的方法，使上部拼装成型的网壳结构始终处于多点支承状态，减小施工中网壳结构的竖向变形和累积拼装误差，降低了施工对网壳结构的不利影响。2）滑移脚手架曲线滑移施工技术。使得滑移脚手架可应用于曲线布置的网壳结构的安装，拓宽了滑移脚手架在网壳结构安装中的应用范围。3）圆管临时加固施工技术。通过利用型钢设置外套筒以增大杆件回转半径，减小杆件长细比，进而增大杆件稳定系数的方式来提高杆件承载力，该加固方式具有工艺简单、取材方便、易于实施、可重复使用等优点。
滑移脚手架因具有操作便捷、综合经济性好等优点，广泛应用于机场指廊、火车站、会展中心等结构跨度大、长度长的网壳结构中。为解决常规滑移脚手架的缺陷和不足，通过针对性研发和升级，提出了三种主要施工技术：1）带支撑滑移脚手架施工技术。通过滑移脚手架内设圆管支撑分块交替滑移，或外设圆管支撑并行滑移的方法，使上部拼装成型的网壳结构始终处于多点支承状态，减小施工中网壳结构的竖向变形和累积拼装误差，降低了施工对网壳结构的不利影响。2）滑移脚手架曲线滑移施工技术。使得滑移脚手架可应用于曲线布置的网壳结构的安装，拓宽了滑移脚手架在网壳结构安装中的应用范围。3）圆管临时加固施工技术。通过利用型钢设置外套筒以增大杆件回转半径，减小杆件长细比，进而增大杆件稳定系数的方式来提高杆件承载力，该加固方式具有工艺简单、取材方便、易于实施、可重复使用等优点。
2025, 40(12): 31-37.
doi: 10.13206/j.gjgS24122301
摘要:
以黄沙沥钢桁梁桥上弦杆为例，对带锚箱结构的整体双节点杆件加工制作过程中的特点及难点进行系统分析。从零件制作出发，首先对大尺寸竖板单元的下料、焊接、组装等多方面的精度影响进行详细分析与控制，然后对影响组装精度的隔板单元制作过程中的精度控制进行阐述，给出零件制作过程中控制精度的措施与方法，从源头严格把控制造精度；而后在杆件组装方面，从最初组装方式的选取到后续组焊板单元、组焊槽型、组焊箱体、组焊锚箱及横梁接头板、加劲板等各个环节的精度控制要点逐一进行说明，提出严格控制节点板外形及尺寸，控制竖板平直段与节点板接料时的垂直度，控制两节点之间的间距，合理预留焊接收缩量、二次切头量、提升隔板制作精度方法，合理选择组装方式及组装过程中精度控制的措施。结果表明，经优化处理后，黄沙沥钢桁梁桥的杆件制造精度得到了有效控制，整体杆件的制作质量得以保证，满足了该桥的制造规则对精度的要求。此外，此类措施也可为今后钢桁梁桥整体双节点杆件的制造精度控制积累一定的经验，提供一定的参考。
以黄沙沥钢桁梁桥上弦杆为例，对带锚箱结构的整体双节点杆件加工制作过程中的特点及难点进行系统分析。从零件制作出发，首先对大尺寸竖板单元的下料、焊接、组装等多方面的精度影响进行详细分析与控制，然后对影响组装精度的隔板单元制作过程中的精度控制进行阐述，给出零件制作过程中控制精度的措施与方法，从源头严格把控制造精度；而后在杆件组装方面，从最初组装方式的选取到后续组焊板单元、组焊槽型、组焊箱体、组焊锚箱及横梁接头板、加劲板等各个环节的精度控制要点逐一进行说明，提出严格控制节点板外形及尺寸，控制竖板平直段与节点板接料时的垂直度，控制两节点之间的间距，合理预留焊接收缩量、二次切头量、提升隔板制作精度方法，合理选择组装方式及组装过程中精度控制的措施。结果表明，经优化处理后，黄沙沥钢桁梁桥的杆件制造精度得到了有效控制，整体杆件的制作质量得以保证，满足了该桥的制造规则对精度的要求。此外，此类措施也可为今后钢桁梁桥整体双节点杆件的制造精度控制积累一定的经验，提供一定的参考。
2025, 40(12): 38-44.
doi: 10.13206/j.gjgS25042801
摘要:
顶推施工是目前最常用的钢箱梁施工架设方法之一。随着我国桥梁建设工程技术的快速发展，无导梁顶推施工技术开始得到应用，对比传统有导梁顶推，无导梁顶推前端直接为钢梁本身，无法利用导梁轻量化及其内设鼻梁的优势，使施工过程较早地将钢梁悬臂状态转变为简支、连续状态，增加了钢梁产生永久变形和倾覆的风险。为了更加全面地了解钢箱梁无导梁顶推施工技术，在福厦铁路安海湾特大桥钢箱梁安装工程中，对钢箱梁无导梁顶推施工技术及其质量控制方法进行了系统分析与研究。首先，对钢箱梁无导梁顶推施工技术的特点和难点进行分析；然后，对钢箱梁无导梁顶推施工过程受力情况进行分析，计算各施工工况下，钢梁的抗倾覆系数、应力、挠度，并提出无导梁顶推施工技术质量控制要点；最后，通过对钢箱梁顶推过程的检测数据进行分析，验证了通过采取控制顶推步距、监测钢梁变形及应力、增加配重等措施，可保证无导梁顶推施工过程安全，成桥线形满足要求。所提出的无导梁顶推施工技术及质量控制要点可减少钢梁受力体系转换次数，节省导梁或其他辅助设施的制作、安装、拆除施工程序，具有安全可靠，技术经济效益高等优点。
顶推施工是目前最常用的钢箱梁施工架设方法之一。随着我国桥梁建设工程技术的快速发展，无导梁顶推施工技术开始得到应用，对比传统有导梁顶推，无导梁顶推前端直接为钢梁本身，无法利用导梁轻量化及其内设鼻梁的优势，使施工过程较早地将钢梁悬臂状态转变为简支、连续状态，增加了钢梁产生永久变形和倾覆的风险。为了更加全面地了解钢箱梁无导梁顶推施工技术，在福厦铁路安海湾特大桥钢箱梁安装工程中，对钢箱梁无导梁顶推施工技术及其质量控制方法进行了系统分析与研究。首先，对钢箱梁无导梁顶推施工技术的特点和难点进行分析；然后，对钢箱梁无导梁顶推施工过程受力情况进行分析，计算各施工工况下，钢梁的抗倾覆系数、应力、挠度，并提出无导梁顶推施工技术质量控制要点；最后，通过对钢箱梁顶推过程的检测数据进行分析，验证了通过采取控制顶推步距、监测钢梁变形及应力、增加配重等措施，可保证无导梁顶推施工过程安全，成桥线形满足要求。所提出的无导梁顶推施工技术及质量控制要点可减少钢梁受力体系转换次数，节省导梁或其他辅助设施的制作、安装、拆除施工程序，具有安全可靠，技术经济效益高等优点。
2025, 40(12): 45-53.
doi: 10.13206/j.gjgS24110801
摘要:
以我国西北地区首座公轨两用钢桁梁桥为研究背景，利用ANSYS有限元软件建立顶推施工模型，对比分析了拱的两种施工顺序对结构的力学性能影响。结果表明：当拱的施工顺序采取先梁后拱施工时，结构的应力较小，更有利于结构的稳定；当拱的施工顺序采取梁拱共同施工时，结构的位移较小，这是由于拱形结构的存在，不仅对主梁提供了较大的竖向刚度，而且具有较好的分散桥梁自重的作用。
以我国西北地区首座公轨两用钢桁梁桥为研究背景，利用ANSYS有限元软件建立顶推施工模型，对比分析了拱的两种施工顺序对结构的力学性能影响。结果表明：当拱的施工顺序采取先梁后拱施工时，结构的应力较小，更有利于结构的稳定；当拱的施工顺序采取梁拱共同施工时，结构的位移较小，这是由于拱形结构的存在，不仅对主梁提供了较大的竖向刚度，而且具有较好的分散桥梁自重的作用。
2025, 40(12): 54-57.
doi: 10.13206/j.gjgS24080825
摘要:
未加劲钢板剪力墙可插入水平放置的空心矩形钢管以削弱钢板墙的竖向刚度，释放竖向应力，使钢板剪力墙主要承受剪应力。介绍了这种剪力墙的竖向刚度折减系数的计算式，算例表明：当每层用2根钢管、钢管水平肢宽厚比在14左右时，竖向刚度可折减到0.3。钢板剪力墙最终形成斜拉力场，空心钢管壁板的弯曲刚度和强度为拉力场提供锚固，给出了需要的钢管厚度与拉力场强度的关系式，并计算了26个算例的拉力场发展系数和竖向刚度折减系数，从算例参数和结果的范围，验证了这种措施的可实现性。
未加劲钢板剪力墙可插入水平放置的空心矩形钢管以削弱钢板墙的竖向刚度，释放竖向应力，使钢板剪力墙主要承受剪应力。介绍了这种剪力墙的竖向刚度折减系数的计算式，算例表明：当每层用2根钢管、钢管水平肢宽厚比在14左右时，竖向刚度可折减到0.3。钢板剪力墙最终形成斜拉力场，空心钢管壁板的弯曲刚度和强度为拉力场提供锚固，给出了需要的钢管厚度与拉力场强度的关系式，并计算了26个算例的拉力场发展系数和竖向刚度折减系数，从算例参数和结果的范围，验证了这种措施的可实现性。
