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2025年 第40卷 第4期
2025, 40(4): 1-7.
doi: 10.13206/j.gjgS24011001
摘要
PDF (2222KB)
摘要:
对贝雷桥的历史和技术发展进行了详细的分析。贝雷桥，是第二次世界大战初期专为军事工程兵部队设计的模块化便携式桁架桥，其以结构简单、快速搭建和出色的互换性而著称。自1942年起，贝雷桥开始在各大战场发挥其关键作用，并在二战后取得了广泛的应用和技术进步。从桁架组合、横梁到桥板的变化，以及各阶段的设计参数方面详细描述了贝雷桥的技术演进。经过不断的技术改进和升级，贝雷桥现已成为现代桥梁工程中的一项重要技术，不仅服务于军事领域，也被广泛应用于民用，经常被用来取代因地震、洪水或飓风而损坏的桥梁，并在施工期间充当临时结构。
对贝雷桥的历史和技术发展进行了详细的分析。贝雷桥，是第二次世界大战初期专为军事工程兵部队设计的模块化便携式桁架桥，其以结构简单、快速搭建和出色的互换性而著称。自1942年起，贝雷桥开始在各大战场发挥其关键作用，并在二战后取得了广泛的应用和技术进步。从桁架组合、横梁到桥板的变化，以及各阶段的设计参数方面详细描述了贝雷桥的技术演进。经过不断的技术改进和升级，贝雷桥现已成为现代桥梁工程中的一项重要技术，不仅服务于军事领域，也被广泛应用于民用，经常被用来取代因地震、洪水或飓风而损坏的桥梁，并在施工期间充当临时结构。
2025, 40(4): 8-13.
doi: 10.13206/j.gjgSS24070202
摘要:
峨眉南山大桥上部钢结构工程的显著特点为大桥两侧的曲形钢柱各自斜交，在顺桥轴线方向上形成两片单层斜交网壳，并通过桁架及钢梁将这两片网壳相连，使其在垂直于桥轴线方向上形成一种特殊的空间钢结构。在此基础上通过2片单层网壳与2根“悬链梁”设计双曲屋面形态，以满足方案造型要求。针对下部“X”型曲柱，采用ABAQUS CAE进行整体稳定性分析，得出该结构满足整体稳定性要求，并采用MIDAS/Gen的直接分析法进行构件截面设计；针对屋盖“悬链梁”结构进行了正风压下的强度应力分析与负风压下的稳定性分析，得出“悬链梁”满足结构设计要求；针对方钢管相贯节点，采用已有的试验结果对有限元分析方法进行了验证，并开展了相贯节点极限承载力分析，节点极限承载力为2.2倍的最不利荷载设计值，满足设计要求。
峨眉南山大桥上部钢结构工程的显著特点为大桥两侧的曲形钢柱各自斜交，在顺桥轴线方向上形成两片单层斜交网壳，并通过桁架及钢梁将这两片网壳相连，使其在垂直于桥轴线方向上形成一种特殊的空间钢结构。在此基础上通过2片单层网壳与2根“悬链梁”设计双曲屋面形态，以满足方案造型要求。针对下部“X”型曲柱，采用ABAQUS CAE进行整体稳定性分析，得出该结构满足整体稳定性要求，并采用MIDAS/Gen的直接分析法进行构件截面设计；针对屋盖“悬链梁”结构进行了正风压下的强度应力分析与负风压下的稳定性分析，得出“悬链梁”满足结构设计要求；针对方钢管相贯节点，采用已有的试验结果对有限元分析方法进行了验证，并开展了相贯节点极限承载力分析，节点极限承载力为2.2倍的最不利荷载设计值，满足设计要求。
2025, 40(4): 14-23.
doi: 10.13206/j.gjgSS24091101
摘要:
沪苏通长江公铁大桥跨横港沙桥为21×112 m（5~26号墩）简支钢桁梁，主梁为三主桁结构，采用“先连续后简支、悬臂拼装”方案进行施工。为确保悬拼施工安全上墩和公路桥面板、铁路槽形梁安装中内力满足设计要求，采用MIDAS Civil软件建立桥梁有限元模型，进行成桥和施工全过程分析，并基于容许应力法开展施工控制。单悬臂架设时首先在10~11号墩之间采用满堂支架安装，然后利用桥面吊机分别向5号墩和19号墩单向悬臂拼装；双悬臂架设时首先利用11000kN·m塔吊安装22号墩旁托架，完成22号墩顶南北两侧各两个节间钢桁梁安装并在墩顶进行临时连接后同时双悬臂拼装至南侧26号墩和北侧19号墩。施工中，在10~11号墩之间设置桥面板提梁桁吊，在悬拼钢桁梁完成由连续到简支体系转换后，开始由桁吊同步组织公路桥面板和铁路槽形梁的起吊安装和湿接缝接头施工。施工阶段钢桁梁的最大轴向压力和最大压应力均满足设计要求；通过设置侧向限位装置，能够满足侧向横风稳定性要求；通过墩顶顶升一定高度，可以保证“1+1”、“2+1”和“3+1”等施工模式上墩高度满足施工要求，且有一定富余，最大悬臂状态下的应力峰值均满足设计和规范要求；桥面板及槽形梁安装完成后，钢桁梁跨中最大位移约为50 mm，满足规范和设计要求。通过采取墩顶限位控制、上墩方案控制、墩顶临时连接件控制、大风极端天气应急控制等一系列施工控制措施，有效保障了沪苏通长江公铁大桥跨横港沙钢桁梁大悬臂安全拼装架设。
沪苏通长江公铁大桥跨横港沙桥为21×112 m（5~26号墩）简支钢桁梁，主梁为三主桁结构，采用“先连续后简支、悬臂拼装”方案进行施工。为确保悬拼施工安全上墩和公路桥面板、铁路槽形梁安装中内力满足设计要求，采用MIDAS Civil软件建立桥梁有限元模型，进行成桥和施工全过程分析，并基于容许应力法开展施工控制。单悬臂架设时首先在10~11号墩之间采用满堂支架安装，然后利用桥面吊机分别向5号墩和19号墩单向悬臂拼装；双悬臂架设时首先利用11000kN·m塔吊安装22号墩旁托架，完成22号墩顶南北两侧各两个节间钢桁梁安装并在墩顶进行临时连接后同时双悬臂拼装至南侧26号墩和北侧19号墩。施工中，在10~11号墩之间设置桥面板提梁桁吊，在悬拼钢桁梁完成由连续到简支体系转换后，开始由桁吊同步组织公路桥面板和铁路槽形梁的起吊安装和湿接缝接头施工。施工阶段钢桁梁的最大轴向压力和最大压应力均满足设计要求；通过设置侧向限位装置，能够满足侧向横风稳定性要求；通过墩顶顶升一定高度，可以保证“1+1”、“2+1”和“3+1”等施工模式上墩高度满足施工要求，且有一定富余，最大悬臂状态下的应力峰值均满足设计和规范要求；桥面板及槽形梁安装完成后，钢桁梁跨中最大位移约为50 mm，满足规范和设计要求。通过采取墩顶限位控制、上墩方案控制、墩顶临时连接件控制、大风极端天气应急控制等一系列施工控制措施，有效保障了沪苏通长江公铁大桥跨横港沙钢桁梁大悬臂安全拼装架设。
2025, 40(4): 24-31.
doi: 10.13206/j.gjgS24010901
摘要:
充气膜作为典型的柔性结构，需要索网加劲来保证结构的刚度与稳定性，然而在索网加劲膜结构的设计过程中通常将加劲索网与膜面简化为直接连接，忽略了索膜之间不能紧密贴合的问题，这种简化处理方式为膜结构的设计安全带来了一定的隐患。研究充气膜索网生成及优化方法对于解决索膜滑移问题、提高膜结构刚度与承载能力至关重要。为此，提出了基于热应力有限元的索段生成方法与索网自动布置优化方法。其中索段生成方法利用热应力有限元法在膜曲面上生成测地线，沿测地线布置的索段可以与膜面贴合更加紧密，从而解决索膜滑移问题，保证了结构的安全性与可靠性。在索段生成方法的基础上，以斜交形式布置膜面索网，对膜结构案例进行荷载分析，针对其局部间距需要调整、索网整体受力分布不均匀等问题，分别提出局部索网优化布置与均匀化布置2种优化布置方法。以矩形平面大跨充气膜结构为例详细阐述了索网布置与优化方法，并对不同优化方案进行了对比： 1）对分别采用索网布置方法得到的充气膜结构（布置方案1）与传统索网膜结构进行受力性能分析，包括两者的索网轴力分布和膜面应力分布情况。2）对方案1分别采用局部索网优化布置与均匀化布置得到方案2与方案3，分析两种方案与方案1在受力性能上的差异与优势。3）综合2种优化布置方法的优点，在方案2、3的基础上，提出稀疏中间索网、加密边缘索网的组合优化方案得到方案4，统计了4种方案索网与膜面的各项受力指标。
研究结果表明:1）两种索网的最大索轴力均集中于索网的对角点位置处，但传统斜向索网在此处的索段轴力远大于方案1索段轴力，即所提出的索网布置方法与传统方法相比有一定的优化与改善。2）局部优化布置方法可以有效改善索网局部受力过大的情况，但对膜面应力与膜面变形影响不明显；均匀化布置方法可以改善索网整体受力情况，但会使局部索段与膜面受力增大，对膜面变形影响不明显；3）新的优化布置方案可以同时达到减少索网用钢量和改善索网受力情况的优化目标，证明了该优化方案的可行性。
充气膜作为典型的柔性结构，需要索网加劲来保证结构的刚度与稳定性，然而在索网加劲膜结构的设计过程中通常将加劲索网与膜面简化为直接连接，忽略了索膜之间不能紧密贴合的问题，这种简化处理方式为膜结构的设计安全带来了一定的隐患。研究充气膜索网生成及优化方法对于解决索膜滑移问题、提高膜结构刚度与承载能力至关重要。为此，提出了基于热应力有限元的索段生成方法与索网自动布置优化方法。其中索段生成方法利用热应力有限元法在膜曲面上生成测地线，沿测地线布置的索段可以与膜面贴合更加紧密，从而解决索膜滑移问题，保证了结构的安全性与可靠性。在索段生成方法的基础上，以斜交形式布置膜面索网，对膜结构案例进行荷载分析，针对其局部间距需要调整、索网整体受力分布不均匀等问题，分别提出局部索网优化布置与均匀化布置2种优化布置方法。以矩形平面大跨充气膜结构为例详细阐述了索网布置与优化方法，并对不同优化方案进行了对比： 1）对分别采用索网布置方法得到的充气膜结构（布置方案1）与传统索网膜结构进行受力性能分析，包括两者的索网轴力分布和膜面应力分布情况。2）对方案1分别采用局部索网优化布置与均匀化布置得到方案2与方案3，分析两种方案与方案1在受力性能上的差异与优势。3）综合2种优化布置方法的优点，在方案2、3的基础上，提出稀疏中间索网、加密边缘索网的组合优化方案得到方案4，统计了4种方案索网与膜面的各项受力指标。
研究结果表明:1）两种索网的最大索轴力均集中于索网的对角点位置处，但传统斜向索网在此处的索段轴力远大于方案1索段轴力，即所提出的索网布置方法与传统方法相比有一定的优化与改善。2）局部优化布置方法可以有效改善索网局部受力过大的情况，但对膜面应力与膜面变形影响不明显；均匀化布置方法可以改善索网整体受力情况，但会使局部索段与膜面受力增大，对膜面变形影响不明显；3）新的优化布置方案可以同时达到减少索网用钢量和改善索网受力情况的优化目标，证明了该优化方案的可行性。
2025, 40(4): 32-41.
doi: 10.13206/j.gjgS24052202
摘要:
由于施工、吊车吨位和运行频率增加等原因，重型工业厂房钢管混凝土格构柱会出现环向脱空现象。为研究具有环向脱空缺陷的钢管混凝土四肢格构柱的抗侧性能，以国内某重型冶金工业厂房的钢管混凝土四肢格构柱为基础，采用有限元分析软件ABAQUS，研究了不同环向脱空率、柱顶脱空高度、脱空柱肢数量与轴压比对格构柱抗侧承载力、抗侧刚度的影响规律。研究结果表明：环向脱空缺陷的存在会使得四肢钢管混凝土格构柱的抗侧承载力与刚度下降，在环向脱空率为1%时的局部脱空缺陷下，格构柱的抗侧承载力和刚度分别下降了3.84%和7.3%，随着环向脱空率的增大，格构柱的抗侧承载力和刚度下降幅度减小；环向脱空和柱顶脱空共同作用下的钢管混凝土四肢格构柱力学性能退化得更显著，在环向脱空率为0.1%、柱顶脱空高度为20 mm时格构柱的抗侧承载力和刚度分别下降了20.49%和29.49%；随着脱空柱肢的增加以及轴压比的增大，环向脱空缺陷对于钢管混凝土四肢格构柱的力学性能退化影响更大；环向脱空率为0.1%、脱空柱肢数为4时，格构柱的抗侧承载力和刚度分别下降了12.38%和29.22%；环向脱空率为0.1%、轴压比为0.33时，格构柱的抗侧承载力和刚度分别下降了31.75%和24.71%。
由于施工、吊车吨位和运行频率增加等原因，重型工业厂房钢管混凝土格构柱会出现环向脱空现象。为研究具有环向脱空缺陷的钢管混凝土四肢格构柱的抗侧性能，以国内某重型冶金工业厂房的钢管混凝土四肢格构柱为基础，采用有限元分析软件ABAQUS，研究了不同环向脱空率、柱顶脱空高度、脱空柱肢数量与轴压比对格构柱抗侧承载力、抗侧刚度的影响规律。研究结果表明：环向脱空缺陷的存在会使得四肢钢管混凝土格构柱的抗侧承载力与刚度下降，在环向脱空率为1%时的局部脱空缺陷下，格构柱的抗侧承载力和刚度分别下降了3.84%和7.3%，随着环向脱空率的增大，格构柱的抗侧承载力和刚度下降幅度减小；环向脱空和柱顶脱空共同作用下的钢管混凝土四肢格构柱力学性能退化得更显著，在环向脱空率为0.1%、柱顶脱空高度为20 mm时格构柱的抗侧承载力和刚度分别下降了20.49%和29.49%；随着脱空柱肢的增加以及轴压比的增大，环向脱空缺陷对于钢管混凝土四肢格构柱的力学性能退化影响更大；环向脱空率为0.1%、脱空柱肢数为4时，格构柱的抗侧承载力和刚度分别下降了12.38%和29.22%；环向脱空率为0.1%、轴压比为0.33时，格构柱的抗侧承载力和刚度分别下降了31.75%和24.71%。
2025, 40(4): 42-48.
doi: 10.13206/j.gjgS24032901
摘要:
由于大跨空间结构具有受力性能合理、轻质高强、结构形式美观等优点，在许多体育馆、展览馆、大会堂等建筑中被广泛使用。大连梭鱼湾足球场作为一个大型民用建筑，结构形式是平面为四心圆的索桁架结构，上弦索体斜交，下弦索体呈放射状，相比常规的轮辐式索桁架结构，该体系具有更强的面内刚度和整体抗扭能力。因为其结构形式复杂，下环索需要固定8道拉索和其他下弦径向索构件。为了满足该使用需求，设计了一种直径125 mm、带有6个高强螺栓的贴板压合型索夹节点。对设计的索夹节点开展2项试验，分别研究该节点张拉拉索时高强螺栓的紧固力损失情况和顶推索夹时该节点的抗滑移极限承载能力。首先组装索夹节点，静置24 h后再分三级张拉拉索至破断荷载的50%，再顶推索夹，直至索夹产生大幅度滑动。整个过程实时监测高强螺栓的紧固力变化、拉索直径变化和顶推阶段索夹位移变化。研究结果表明：高强螺栓受时间效应损失11%的紧固力；在第二步张拉拉索时，高强螺栓紧固力受拉索直径变小一共损失了17.8%的紧固力；第三步顶推索夹时，根据得到的位移-顶推力曲线，以曲线第一个拐点为抗滑移承载力极限值，得到该索夹节点的抗滑移承载力值为500 kN，代入抗滑移承载力计算公式得到索夹孔道与索体间的摩擦系数为0.165。试验得到的高强螺栓拧紧力矩值和抗滑移承载力值可以作为贴板压合型索夹节点的设计依据，为现场安装监测和施工提供坚实的理论基础。
由于大跨空间结构具有受力性能合理、轻质高强、结构形式美观等优点，在许多体育馆、展览馆、大会堂等建筑中被广泛使用。大连梭鱼湾足球场作为一个大型民用建筑，结构形式是平面为四心圆的索桁架结构，上弦索体斜交，下弦索体呈放射状，相比常规的轮辐式索桁架结构，该体系具有更强的面内刚度和整体抗扭能力。因为其结构形式复杂，下环索需要固定8道拉索和其他下弦径向索构件。为了满足该使用需求，设计了一种直径125 mm、带有6个高强螺栓的贴板压合型索夹节点。对设计的索夹节点开展2项试验，分别研究该节点张拉拉索时高强螺栓的紧固力损失情况和顶推索夹时该节点的抗滑移极限承载能力。首先组装索夹节点，静置24 h后再分三级张拉拉索至破断荷载的50%，再顶推索夹，直至索夹产生大幅度滑动。整个过程实时监测高强螺栓的紧固力变化、拉索直径变化和顶推阶段索夹位移变化。研究结果表明：高强螺栓受时间效应损失11%的紧固力；在第二步张拉拉索时，高强螺栓紧固力受拉索直径变小一共损失了17.8%的紧固力；第三步顶推索夹时，根据得到的位移-顶推力曲线，以曲线第一个拐点为抗滑移承载力极限值，得到该索夹节点的抗滑移承载力值为500 kN，代入抗滑移承载力计算公式得到索夹孔道与索体间的摩擦系数为0.165。试验得到的高强螺栓拧紧力矩值和抗滑移承载力值可以作为贴板压合型索夹节点的设计依据，为现场安装监测和施工提供坚实的理论基础。
2025, 40(4): 49-54.
doi: 10.13206/j.gjgS24033101
摘要:
针对Q500级高强钢钢管在工程应用中研究不足的问题，通过对其进行材料性能试验及焊接工艺研究，得出：Q500qD钢板冷加工卷管后，屈服强度和抗拉强度提高，屈强比略有增大，特别是其延性有所降低；冲击功满足GB/T 1591—2018《低合金高强度结构钢》要求，表明冷加工后韧性良好；采用药芯焊丝进行同种钢对接焊时，焊缝抗拉强度达标且断口位于焊缝，验证了屈服强度匹配原则的有效性；Q500qD与Q355B异种钢焊接接头抗拉强度及冲击功均符合GB/T 50661—2011《钢结构焊接规范》。结果表明，高强钢屈强比随牌号升高而增大，建议工程中优先选用建筑结构用钢板并优化焊接参数（同种钢按屈服、异种钢按抗拉等强进行匹配），以保障结构的安全性和可靠性。
针对Q500级高强钢钢管在工程应用中研究不足的问题，通过对其进行材料性能试验及焊接工艺研究，得出：Q500qD钢板冷加工卷管后，屈服强度和抗拉强度提高，屈强比略有增大，特别是其延性有所降低；冲击功满足GB/T 1591—2018《低合金高强度结构钢》要求，表明冷加工后韧性良好；采用药芯焊丝进行同种钢对接焊时，焊缝抗拉强度达标且断口位于焊缝，验证了屈服强度匹配原则的有效性；Q500qD与Q355B异种钢焊接接头抗拉强度及冲击功均符合GB/T 50661—2011《钢结构焊接规范》。结果表明，高强钢屈强比随牌号升高而增大，建议工程中优先选用建筑结构用钢板并优化焊接参数（同种钢按屈服、异种钢按抗拉等强进行匹配），以保障结构的安全性和可靠性。
2025, 40(4): 55-58.
doi: 10.13206/j.gjgS24070820
摘要:
对民用建筑中圆弧曲梁在均布荷载作用下的应力和挠度计算进行了分析，提出了基于直梁公式稍加修改后的内力和挠度计算公式，适用于圆心角不大于30°、上翼缘有钢筋混凝土楼板且与钢梁形成组合作用、钢梁上翼缘基本没有侧向位移的曲梁。与精确解的对比表明，提出的公式偏于安全，其中在圆心角为15°时偏安全较多。
对民用建筑中圆弧曲梁在均布荷载作用下的应力和挠度计算进行了分析，提出了基于直梁公式稍加修改后的内力和挠度计算公式，适用于圆心角不大于30°、上翼缘有钢筋混凝土楼板且与钢梁形成组合作用、钢梁上翼缘基本没有侧向位移的曲梁。与精确解的对比表明，提出的公式偏于安全，其中在圆心角为15°时偏安全较多。
