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2025年 第40卷 第9期
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2025, 40(9): 1-12.
doi: 10.13206/j.gjgS24060101
摘要
PDF (3274KB)
摘要:
基于带有箱形柱芯筒式双法兰连接节点的平面框架拟静力试验，通过大型通用有限元软件ABAQUS对该试验进行数值模拟，完成芯筒式双法兰连接平面框架试验与数值模拟的滞回曲线、刚度退化以及应力与应变的双向验证，水平承载力平均相差4.87%，刚度退化曲线平均相差6.96%，即试验与模拟模型结果较为接近。进而与焊接框架有限元模型进行双法兰节点刚性性能分析。在保证试验与数值模拟的前提下，进一步完成平面框架的参数化分析，建立了一组共5个平面框架的数值模型，研究芯筒长度对双法兰连接节点及平面框架滞回性能、应力与应变等的影响。结果表明：提高芯筒长度能够显著提高框架的极限抗弯承载力。芯筒式双法兰连接节点框架具有与传统焊接框架一致的力学性能，在结构计算时该节点连接方式可按刚接计算并可为装配式柱-柱连接节点设计提供借鉴。
基于带有箱形柱芯筒式双法兰连接节点的平面框架拟静力试验，通过大型通用有限元软件ABAQUS对该试验进行数值模拟，完成芯筒式双法兰连接平面框架试验与数值模拟的滞回曲线、刚度退化以及应力与应变的双向验证，水平承载力平均相差4.87%，刚度退化曲线平均相差6.96%，即试验与模拟模型结果较为接近。进而与焊接框架有限元模型进行双法兰节点刚性性能分析。在保证试验与数值模拟的前提下，进一步完成平面框架的参数化分析，建立了一组共5个平面框架的数值模型，研究芯筒长度对双法兰连接节点及平面框架滞回性能、应力与应变等的影响。结果表明：提高芯筒长度能够显著提高框架的极限抗弯承载力。芯筒式双法兰连接节点框架具有与传统焊接框架一致的力学性能，在结构计算时该节点连接方式可按刚接计算并可为装配式柱-柱连接节点设计提供借鉴。
2025, 40(9): 13-24.
doi: 10.13206/j.gjgS24090601
摘要:
变截面倒梯形钢梁作为一种新型钢梁，其凭借良好的力学性能和较低的成本，在大型空间结构中得到广泛应用。相比于常规H型钢梁、箱形截面梁和圆钢管构件，其具有更加复杂的几何形态。影响该类杆件几何形态的因素很多，导致此类杆件的承载能力存在很大差异。而GB 50017—2017《钢结构设计标准》中并未给出其抗弯承载力计算方法，工程应用中缺少理论计算方法。以深圳市大运城市综合交通枢纽工程中的变截面倒梯形次梁为例，给出其截面特性计算公式，利用ABAQUS建立数值模型，进行参数化分析，分析其受力机理及变化规律，提出变截面倒梯形钢梁承载力系数β，基于参数分析结果提出抗弯承载力理论计算式，给出设计流程。通过建立两段式变截面倒梯形钢梁的标准模型，设置合适的端部截面参数，得到变截面倒梯形钢梁抗弯承载力的变化规律，重点研究了翼缘宽厚比、腹板高厚比、倒梯形截面上下宽度比值、楔率对于变截面倒梯形钢梁抗弯承载力的影响，揭示了各因素下截面塑性发展机理，结果表明倒梯形钢梁抗弯承载力随上下翼缘宽度比值和楔率的增大而上升，随腹板高厚比和翼缘宽厚比的增大而减小。基于端部截面弹性极限弯矩，提出变截面倒梯形钢梁承载力系数β，充分考虑构件的弹塑性抗弯承载力，通过多元线性回归分析推导出变截面倒梯形钢梁在集中荷载和分布荷载作用下的抗弯承载力理论计算公式，将公式与数值模拟结果进行对比，二者拟合较好。针对变截面倒梯形钢梁的工程应用，总结出变截面倒梯形钢梁的设计流程，分析其整体稳定性，给出截面强度和局部稳定验算公式，为实际工程应用提供了设计依据。
变截面倒梯形钢梁作为一种新型钢梁，其凭借良好的力学性能和较低的成本，在大型空间结构中得到广泛应用。相比于常规H型钢梁、箱形截面梁和圆钢管构件，其具有更加复杂的几何形态。影响该类杆件几何形态的因素很多，导致此类杆件的承载能力存在很大差异。而GB 50017—2017《钢结构设计标准》中并未给出其抗弯承载力计算方法，工程应用中缺少理论计算方法。以深圳市大运城市综合交通枢纽工程中的变截面倒梯形次梁为例，给出其截面特性计算公式，利用ABAQUS建立数值模型，进行参数化分析，分析其受力机理及变化规律，提出变截面倒梯形钢梁承载力系数β，基于参数分析结果提出抗弯承载力理论计算式，给出设计流程。通过建立两段式变截面倒梯形钢梁的标准模型，设置合适的端部截面参数，得到变截面倒梯形钢梁抗弯承载力的变化规律，重点研究了翼缘宽厚比、腹板高厚比、倒梯形截面上下宽度比值、楔率对于变截面倒梯形钢梁抗弯承载力的影响，揭示了各因素下截面塑性发展机理，结果表明倒梯形钢梁抗弯承载力随上下翼缘宽度比值和楔率的增大而上升，随腹板高厚比和翼缘宽厚比的增大而减小。基于端部截面弹性极限弯矩，提出变截面倒梯形钢梁承载力系数β，充分考虑构件的弹塑性抗弯承载力，通过多元线性回归分析推导出变截面倒梯形钢梁在集中荷载和分布荷载作用下的抗弯承载力理论计算公式，将公式与数值模拟结果进行对比，二者拟合较好。针对变截面倒梯形钢梁的工程应用，总结出变截面倒梯形钢梁的设计流程，分析其整体稳定性，给出截面强度和局部稳定验算公式，为实际工程应用提供了设计依据。
2025, 40(9): 25-35.
doi: 10.13206/j.gjgS24022004
摘要:
在大跨度钢结构节点以及传统的螺栓球节点基础上，提出一种适用于大跨度空间结构的新型附加连接钢板带肋T形板全装配螺栓球节点。节点部分由圆钢管、连接圆盘、带肋T形板、连接钢板和高强螺栓组成，构造简单，安装方便。采用有限元软件ABAQUS建立了11个新型节点的数值分析模型，考虑了翼缘厚度、腹板厚度、长肋板厚度、短肋板厚度及连接钢板厚度等关键参数的影响，分析了节点的破坏模式、弯矩-转角曲线特征，并揭示了各参数对节点平面内、平面外抗弯性能的影响规律。结果表明：增大带肋T形板翼缘厚度可显著提高节点的抗弯刚度和抗弯承载力；增加带肋T形板翼缘厚度、长肋板厚度、短肋板厚度或连接钢板厚度可减小两个方向抗弯极限承载力的差距；通过分析节点的应力云图，得出了节点的破坏模式，主要包括连接钢板、短肋板以及翼缘受拉边缘螺孔孔壁在螺杆局部承压下产生的较大挤压应力和塑性变形。
在大跨度钢结构节点以及传统的螺栓球节点基础上，提出一种适用于大跨度空间结构的新型附加连接钢板带肋T形板全装配螺栓球节点。节点部分由圆钢管、连接圆盘、带肋T形板、连接钢板和高强螺栓组成，构造简单，安装方便。采用有限元软件ABAQUS建立了11个新型节点的数值分析模型，考虑了翼缘厚度、腹板厚度、长肋板厚度、短肋板厚度及连接钢板厚度等关键参数的影响，分析了节点的破坏模式、弯矩-转角曲线特征，并揭示了各参数对节点平面内、平面外抗弯性能的影响规律。结果表明：增大带肋T形板翼缘厚度可显著提高节点的抗弯刚度和抗弯承载力；增加带肋T形板翼缘厚度、长肋板厚度、短肋板厚度或连接钢板厚度可减小两个方向抗弯极限承载力的差距；通过分析节点的应力云图，得出了节点的破坏模式，主要包括连接钢板、短肋板以及翼缘受拉边缘螺孔孔壁在螺杆局部承压下产生的较大挤压应力和塑性变形。
2025, 40(9): 36-44.
doi: 10.13206/j.gjgS24051501
摘要:
为了进一步降低建筑行业碳排放，利用半刚性连接在减少建筑结构材料用量方面的潜力，提出了半刚性连接钢框架-支撑结构体系及其直接设计方法。作为一种介于刚性连接和铰接连接之间的结构形式，半刚性连接允许在梁与柱之间存在一定的弯矩和转角，从而提高结构的整体承载效率。基于现有规范和设计软件，阐述了直接设计方法的步骤及建模方法。基于某实际厂房的数值算例，验证了所提出设计方法的有效性和结构体系的优越性。数值算例结果表明：采用半刚性连接钢框架相比传统刚接钢框架可在同等力学性能下节省超20%的用钢量。
为了进一步降低建筑行业碳排放，利用半刚性连接在减少建筑结构材料用量方面的潜力，提出了半刚性连接钢框架-支撑结构体系及其直接设计方法。作为一种介于刚性连接和铰接连接之间的结构形式，半刚性连接允许在梁与柱之间存在一定的弯矩和转角，从而提高结构的整体承载效率。基于现有规范和设计软件，阐述了直接设计方法的步骤及建模方法。基于某实际厂房的数值算例，验证了所提出设计方法的有效性和结构体系的优越性。数值算例结果表明：采用半刚性连接钢框架相比传统刚接钢框架可在同等力学性能下节省超20%的用钢量。
2025, 40(9): 45-56.
doi: 10.13206/j.gjgS24051901
摘要:
北京冬奥会作为大型国际性赛事，采用了大量脚手架用于临时看台或舞台的搭建。以插销式索氏体不锈钢脚手架临时大屏支承架体为研究对象，设计并制作了两跨一榀的足尺模型，通过单向水平加载研究其在上部载重为0.0、0.5、1.5、2.5 kN/m2工况下的滑移模式、位移响应及应变分布，绘制荷载-位移曲线得到结构滑移荷载；选取赛区当地8~12级风力作用作为试验对照，验证架体结构在实际工程应用时的安全性与稳定性。结果表明：在整个加载过程中，架体结构未出现明显滑移现象，各节点处均未发生明显变形，架体结构变形以倾覆为主。临时大屏支承在无配重与底部配重为0.5 kN/m2工况下，底排立杆与支座间产生缝隙；在底部配重为1.5、2.5 kN/m2工况下，当荷载分别为5.32、4.16 kN时，底排立杆与支座仍始终紧密贴合。在实际工程中，可采用增加结构配重的方式减小缝隙以增加抗倾覆能力。由于试验施加的外荷载远高于实际的风荷载作用，因此结构体系具有较大的安全储备。
北京冬奥会作为大型国际性赛事，采用了大量脚手架用于临时看台或舞台的搭建。以插销式索氏体不锈钢脚手架临时大屏支承架体为研究对象，设计并制作了两跨一榀的足尺模型，通过单向水平加载研究其在上部载重为0.0、0.5、1.5、2.5 kN/m2工况下的滑移模式、位移响应及应变分布，绘制荷载-位移曲线得到结构滑移荷载；选取赛区当地8~12级风力作用作为试验对照，验证架体结构在实际工程应用时的安全性与稳定性。结果表明：在整个加载过程中，架体结构未出现明显滑移现象，各节点处均未发生明显变形，架体结构变形以倾覆为主。临时大屏支承在无配重与底部配重为0.5 kN/m2工况下，底排立杆与支座间产生缝隙；在底部配重为1.5、2.5 kN/m2工况下，当荷载分别为5.32、4.16 kN时，底排立杆与支座仍始终紧密贴合。在实际工程中，可采用增加结构配重的方式减小缝隙以增加抗倾覆能力。由于试验施加的外荷载远高于实际的风荷载作用，因此结构体系具有较大的安全储备。
2025, 40(9): 57-63.
doi: 10.13206/j.gjgS24091201
摘要:
由于曲面不锈钢建筑的形状复杂多变，目前定位测量方法未设定误差补偿环节，导致曲面不锈钢建筑定位精度较低，误差较大。基于此，提出基于激光跟踪仪的曲面不锈钢建筑定位精度测量方法。根据曲面不锈钢建筑的测量需求，选择具有高精度、大范围测量能力和良好跟踪性能的激光跟踪仪。具体参数包括测量范围、测量精度、工作环境适应性等，并将需要测量的不锈钢复杂曲面建筑作为定位测量目标。将建筑物本身作为坐标系的原点，设定反射靶头到测量点之间的距离、跟踪头输出的水平角和垂直角等参数，并绘制建筑坐标系。搭建包含激光跟踪仪、双频激光干涉光路、透镜组、集成探测光路、跟踪仪基站、信号控制板卡以及实时显示器等组件的跟踪仪安装系统，采用测量网的形式获取原始测量数据。利用激光干涉仪（IFM）和激光绝对测距仪（ADM）测量测量点与观测点之间的距离，根据多边测量原理，构建测量数学模型，用于控制激光发射与回传距离，并获取原始测量数据。对采集到的激光图像进行数字化处理，并存储在数据库中。通过计算云台的固定振动位移和振幅，将其与测量值融合，以剔除云台误差。在激光跟踪仪中增加滤光镜以提升分辨率，并进行软件滤波和硬件滤波操作，避免信号误差。同时，设定虚拟偏置光斑进行光斑补偿处理。将经过误差分析和补偿处理后的数据整理为定位数据输出，根据输出数据评估曲面不锈钢建筑的定位精度，确保测量结果满足设计要求。测试结果表明：此方法跟踪距离轨迹平稳连续、跟踪偏差在允许范围内，且整体定位精度较高，实现了对曲面不锈钢建筑的高精度定位测量。
由于曲面不锈钢建筑的形状复杂多变，目前定位测量方法未设定误差补偿环节，导致曲面不锈钢建筑定位精度较低，误差较大。基于此，提出基于激光跟踪仪的曲面不锈钢建筑定位精度测量方法。根据曲面不锈钢建筑的测量需求，选择具有高精度、大范围测量能力和良好跟踪性能的激光跟踪仪。具体参数包括测量范围、测量精度、工作环境适应性等，并将需要测量的不锈钢复杂曲面建筑作为定位测量目标。将建筑物本身作为坐标系的原点，设定反射靶头到测量点之间的距离、跟踪头输出的水平角和垂直角等参数，并绘制建筑坐标系。搭建包含激光跟踪仪、双频激光干涉光路、透镜组、集成探测光路、跟踪仪基站、信号控制板卡以及实时显示器等组件的跟踪仪安装系统，采用测量网的形式获取原始测量数据。利用激光干涉仪（IFM）和激光绝对测距仪（ADM）测量测量点与观测点之间的距离，根据多边测量原理，构建测量数学模型，用于控制激光发射与回传距离，并获取原始测量数据。对采集到的激光图像进行数字化处理，并存储在数据库中。通过计算云台的固定振动位移和振幅，将其与测量值融合，以剔除云台误差。在激光跟踪仪中增加滤光镜以提升分辨率，并进行软件滤波和硬件滤波操作，避免信号误差。同时，设定虚拟偏置光斑进行光斑补偿处理。将经过误差分析和补偿处理后的数据整理为定位数据输出，根据输出数据评估曲面不锈钢建筑的定位精度，确保测量结果满足设计要求。测试结果表明：此方法跟踪距离轨迹平稳连续、跟踪偏差在允许范围内，且整体定位精度较高，实现了对曲面不锈钢建筑的高精度定位测量。
2025, 40(9): 64-67.
doi: 10.13206/j.gjgS24072225
摘要:
宽板在竖向压力作用下总是屈曲成一个半波，其屈曲后刚度和强度小于长板。介绍了欧洲钢结构设计标准对宽板承载力的规定及其有限元分析结果，拟合了新的公式。竖向加劲钢板墙也具有宽板的性质，竖向压力下也总是屈曲成一个半波。依据弹性屈曲承载力的组成，发现竖向加劲钢板墙的屈曲承载力是加劲肋本身的承载力和未加劲钢板墙屈曲承载力的简单相加，依据该性质，提出了竖向加劲钢板墙的弹塑性竖向承载力公式。
宽板在竖向压力作用下总是屈曲成一个半波，其屈曲后刚度和强度小于长板。介绍了欧洲钢结构设计标准对宽板承载力的规定及其有限元分析结果，拟合了新的公式。竖向加劲钢板墙也具有宽板的性质，竖向压力下也总是屈曲成一个半波。依据弹性屈曲承载力的组成，发现竖向加劲钢板墙的屈曲承载力是加劲肋本身的承载力和未加劲钢板墙屈曲承载力的简单相加，依据该性质，提出了竖向加劲钢板墙的弹塑性竖向承载力公式。
