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2025, 40(10): 1-9.
doi: 10.13206/j.gjgS25051101
摘要
PDF (2836KB)
摘要:
为了获得大跨度钢结构桥梁环氧铺装正交异性钢桥面板（Orthotropic Steel Deck， OSD）的构造细节在冬季、夏季实测疲劳寿命，基于现场实测开展了随机车流作用下环氧铺装OSD构造细节（纵肋-顶板、纵肋-横隔板、弧形切口）的疲劳寿命评价研究。结果表明：在夏季，由于桥面抗弯刚度的降低，所有构造细节的应力水平和加载频率均较冬季有显著增加，尤其是纵肋-顶板（RD）构造细节的变化最为显著。该构造细节在夏季的疲劳寿命显著缩短至38.7 a，与冬季相比，后者表现出几乎无限的疲劳寿命。在纵肋-横隔板（RF）焊缝构造细节中，围焊侧（RF-W）的疲劳性能表现最差，冬、夏季寿命分别为61.0 a和38.1 a，均不满足100 a设计寿命要求；横隔板侧（RF-F）构造细节在冬、夏季的疲劳寿命均超过100 a；而纵肋侧（RF-R）构造细节在两季均表现为无限疲劳寿命。弧形切口（Cutout）构造细节冬季为无限寿命，夏季降至65.5 a。基于现场监测结果进行的疲劳寿命评价可为疲劳寿命相关研究及同类新建桥面的选择与管养提供依据参考。
为了获得大跨度钢结构桥梁环氧铺装正交异性钢桥面板（Orthotropic Steel Deck， OSD）的构造细节在冬季、夏季实测疲劳寿命，基于现场实测开展了随机车流作用下环氧铺装OSD构造细节（纵肋-顶板、纵肋-横隔板、弧形切口）的疲劳寿命评价研究。结果表明：在夏季，由于桥面抗弯刚度的降低，所有构造细节的应力水平和加载频率均较冬季有显著增加，尤其是纵肋-顶板（RD）构造细节的变化最为显著。该构造细节在夏季的疲劳寿命显著缩短至38.7 a，与冬季相比，后者表现出几乎无限的疲劳寿命。在纵肋-横隔板（RF）焊缝构造细节中，围焊侧（RF-W）的疲劳性能表现最差，冬、夏季寿命分别为61.0 a和38.1 a，均不满足100 a设计寿命要求；横隔板侧（RF-F）构造细节在冬、夏季的疲劳寿命均超过100 a；而纵肋侧（RF-R）构造细节在两季均表现为无限疲劳寿命。弧形切口（Cutout）构造细节冬季为无限寿命，夏季降至65.5 a。基于现场监测结果进行的疲劳寿命评价可为疲劳寿命相关研究及同类新建桥面的选择与管养提供依据参考。
2025, 40(10): 10-21.
doi: 10.13206/j.gjgS24111903
摘要:
为了研究拱-拉杆类节点的合理构造和受力性能，以深圳博物馆结构节点为对象，提出了一种新型的钢管混凝土圆拱梁-斜柱-拉梁节点构造形式，并对该节点的1∶3缩尺模型进行静力加载试验和有限元数值模拟，验证其可靠性，其中包括设置和取消预应力螺杆两个加载工况。试验研究结果表明：节点应力最大的区域位于拉梁与圆拱梁交界区域，其中不设预应力螺杆时拉梁达到屈服的区域更大；达到设计荷载时，节点基本保持弹性，满足设计需求；在设与不设预应力螺杆工况下，在达到1.66倍设计荷载时均有局部钢部件达到屈服应变，但未见明显破坏现象，安全储备大；设置预应力高强螺杆时可以减小拉梁的轴向伸长量48%。有限元计算结果表明：圆拱梁与拉梁交界处受力复杂、应力大，是控制承载力的关键部位；当拉梁腹板、圆拱梁钢管达到大面积屈服时节点达到最大承载力，不设预应力螺杆使得屈服时相对竖向位移增加6.4%、刚度降低12.4%；达到承载力峰值时，节点域内钢板和混凝土均保持弹性，能够保证荷载传递的可靠性。
为了研究拱-拉杆类节点的合理构造和受力性能，以深圳博物馆结构节点为对象，提出了一种新型的钢管混凝土圆拱梁-斜柱-拉梁节点构造形式，并对该节点的1∶3缩尺模型进行静力加载试验和有限元数值模拟，验证其可靠性，其中包括设置和取消预应力螺杆两个加载工况。试验研究结果表明：节点应力最大的区域位于拉梁与圆拱梁交界区域，其中不设预应力螺杆时拉梁达到屈服的区域更大；达到设计荷载时，节点基本保持弹性，满足设计需求；在设与不设预应力螺杆工况下，在达到1.66倍设计荷载时均有局部钢部件达到屈服应变，但未见明显破坏现象，安全储备大；设置预应力高强螺杆时可以减小拉梁的轴向伸长量48%。有限元计算结果表明：圆拱梁与拉梁交界处受力复杂、应力大，是控制承载力的关键部位；当拉梁腹板、圆拱梁钢管达到大面积屈服时节点达到最大承载力，不设预应力螺杆使得屈服时相对竖向位移增加6.4%、刚度降低12.4%；达到承载力峰值时，节点域内钢板和混凝土均保持弹性，能够保证荷载传递的可靠性。
2025, 40(10): 22-33.
doi: 10.13206/j.gjgS25091801
摘要:
抗风性能和安全可靠度是强台风地区金属屋面的研究重点，钢板屋面抗风承载力强且经济环保，但相对铝镁锰屋面和不锈钢屋面的抗风研究薄弱。以深圳冰雪世界大跨屋面项目为例，基于钢屋面和光伏系统的抗风传力途径，阐述了增强型光伏组件、增强型抗风夹和增强型固定座等关键受力构件的测试研发过程。通过对钢屋面和光伏系统抗风揭试验，研究钢屋面荷载-应力和荷载-位移曲线，采集分析试验数据和破坏状态，量化了影响因子对上述抗风构造承载力的贡献水平。
抗风性能和安全可靠度是强台风地区金属屋面的研究重点，钢板屋面抗风承载力强且经济环保，但相对铝镁锰屋面和不锈钢屋面的抗风研究薄弱。以深圳冰雪世界大跨屋面项目为例，基于钢屋面和光伏系统的抗风传力途径，阐述了增强型光伏组件、增强型抗风夹和增强型固定座等关键受力构件的测试研发过程。通过对钢屋面和光伏系统抗风揭试验，研究钢屋面荷载-应力和荷载-位移曲线，采集分析试验数据和破坏状态，量化了影响因子对上述抗风构造承载力的贡献水平。
2025, 40(10): 34-39.
doi: 10.13206/j.gjgS24120901
摘要:
作为临时作业平台的脚手架在现今逐渐成为工程中不可或缺的一部分。但由于其立杆的反复使用致使脚手架倒塌所引起的事故很多，严重危害了工人的人身安全。实际上，脚手架立杆所产生的弯曲几何缺陷是随机的。在此种随机几何缺陷作用下，剪刀撑布置形式对脚手架承载能力的影响很大。因此，通过ANSYS有限元软件建立了基于随机有限元分析方法下的精细化有剪刀撑脚手架有限元模型，并通过该方法研究了垂直剪刀撑跨数变化对脚手架荷载系数及屈曲模态的影响规律。研究表明：脚手架的荷载系数由其屈曲模态所决定；剪刀撑跨数与脚手架承载能力呈正相关；垂直剪刀撑对不设置横向约束的脚手架承载能力提升165.2%，对设置横向约束的脚手架承载能力提升146.9%；剪刀撑布置位置的不同对脚手架承载能力存在影响，相同数量的剪刀撑因x、y方向交点位置不同而不同，在设置横向约束的脚手架中每6跨布置的屈曲系数更大，无横向约束时则每8跨布置更优，且会改变荷载系数域数量。
作为临时作业平台的脚手架在现今逐渐成为工程中不可或缺的一部分。但由于其立杆的反复使用致使脚手架倒塌所引起的事故很多，严重危害了工人的人身安全。实际上，脚手架立杆所产生的弯曲几何缺陷是随机的。在此种随机几何缺陷作用下，剪刀撑布置形式对脚手架承载能力的影响很大。因此，通过ANSYS有限元软件建立了基于随机有限元分析方法下的精细化有剪刀撑脚手架有限元模型，并通过该方法研究了垂直剪刀撑跨数变化对脚手架荷载系数及屈曲模态的影响规律。研究表明：脚手架的荷载系数由其屈曲模态所决定；剪刀撑跨数与脚手架承载能力呈正相关；垂直剪刀撑对不设置横向约束的脚手架承载能力提升165.2%，对设置横向约束的脚手架承载能力提升146.9%；剪刀撑布置位置的不同对脚手架承载能力存在影响，相同数量的剪刀撑因x、y方向交点位置不同而不同，在设置横向约束的脚手架中每6跨布置的屈曲系数更大，无横向约束时则每8跨布置更优，且会改变荷载系数域数量。
2025, 40(10): 40-49.
doi: 10.13206/j.gjgS25012101
摘要:
某项目顶盖采用了两边支承的正放四角锥网架，在高空安装过程中突然坠落，造成多人死伤的重大安全事故。为了探究该网架坠落的原因，减少此类大跨空间钢结构事故的再次发生，采用“假设原因—理论分析—模型验证”的方法，首先通过现场调查，结合项目设计文件、施工次序以及受力分析，对网架坠落原因提出如下三种推断：1）高空散拼过程中，网架悬挑延伸部分的自重和施工荷载施加到已完成的板带上，导致已完成的边跨板带超载；2）网架上弦未与钢柱连接，钢柱顶底均为铰接，门式刚架体系不成立，整体结构为机构；3）上弦端部节点未有效连接，竖向荷载通过截面较小的竖腹杆传递，传力路径与网架施工图不符。其次为验证以上推断，采用空间钢结构分析软件3D3S建立网架施工模拟有限元模型，模型边界条件、施工步与实际相同，分析施工过程中网架竖向变形及支座处竖腹杆的轴力变化情况。结果表明：施工方案改变了网架的传力路径，施工过程中支座处竖腹杆轴力远超其稳定承载力，受压屈曲丧失支承能力，导致网架整体坠落。最后基于事故的惨痛教训及空间结构成型过程的复杂性，对空间结构施工模拟分析的必要性进行探讨，指出施工模拟分析能够体现构件逐次安装、支座约束状态变化以及荷载的施加次序，是一次虚拟建造的过程，不仅能发现施工方案的缺陷和风险，还能发现施工次序带来的与一次成型结构不同的构件内力与变形偏差，供结构工程师与施工方案设计师对比，评判其差异是否在可接受的范围内，以确保施工方案的安全性与合理性。
某项目顶盖采用了两边支承的正放四角锥网架，在高空安装过程中突然坠落，造成多人死伤的重大安全事故。为了探究该网架坠落的原因，减少此类大跨空间钢结构事故的再次发生，采用“假设原因—理论分析—模型验证”的方法，首先通过现场调查，结合项目设计文件、施工次序以及受力分析，对网架坠落原因提出如下三种推断：1）高空散拼过程中，网架悬挑延伸部分的自重和施工荷载施加到已完成的板带上，导致已完成的边跨板带超载；2）网架上弦未与钢柱连接，钢柱顶底均为铰接，门式刚架体系不成立，整体结构为机构；3）上弦端部节点未有效连接，竖向荷载通过截面较小的竖腹杆传递，传力路径与网架施工图不符。其次为验证以上推断，采用空间钢结构分析软件3D3S建立网架施工模拟有限元模型，模型边界条件、施工步与实际相同，分析施工过程中网架竖向变形及支座处竖腹杆的轴力变化情况。结果表明：施工方案改变了网架的传力路径，施工过程中支座处竖腹杆轴力远超其稳定承载力，受压屈曲丧失支承能力，导致网架整体坠落。最后基于事故的惨痛教训及空间结构成型过程的复杂性，对空间结构施工模拟分析的必要性进行探讨，指出施工模拟分析能够体现构件逐次安装、支座约束状态变化以及荷载的施加次序，是一次虚拟建造的过程，不仅能发现施工方案的缺陷和风险，还能发现施工次序带来的与一次成型结构不同的构件内力与变形偏差，供结构工程师与施工方案设计师对比，评判其差异是否在可接受的范围内，以确保施工方案的安全性与合理性。
2025, 40(10): 50-55.
doi: 10.13206/j.gjgS24110401
摘要:
在市政桥梁建设规模日趋壮大的今天，为了减少对毗邻建筑的影响，充分利用有限的空间，开始出现了越来越多的预应力大跨径桥梁。由于预应力钢丝束与混凝土桥梁之间的摩擦导致预拉力的损失对桥梁的力学性能存在显著的影响，且整个混凝土桥预应力钢丝束的布置错综复杂，钢丝束与混凝土的接触具有高度非线性特征，通常需要建立精细化模型以及接触单元来模拟混凝土梁与钢丝束的接触行为，导致计算不容易收敛且耗时较长。为了揭示预应力钢丝束张拉过程中摩擦对钢丝束拉力的影响，建立了考虑摩擦影响的预应力混凝土梁张拉施工简化模型。该简化模型通过非线性弹簧单元模拟钢丝束与混凝土梁之间的摩擦行为，仿真分析程序主要由等效摩擦单元以及迭代算法组成，计算中只需要设定节点坐标和摩擦系数，即可自动迭代得到准确的摩擦力大小。计算结果表明，所提出的简化模型计算精度高，有效避免了不收敛的问题。
在市政桥梁建设规模日趋壮大的今天，为了减少对毗邻建筑的影响，充分利用有限的空间，开始出现了越来越多的预应力大跨径桥梁。由于预应力钢丝束与混凝土桥梁之间的摩擦导致预拉力的损失对桥梁的力学性能存在显著的影响，且整个混凝土桥预应力钢丝束的布置错综复杂，钢丝束与混凝土的接触具有高度非线性特征，通常需要建立精细化模型以及接触单元来模拟混凝土梁与钢丝束的接触行为，导致计算不容易收敛且耗时较长。为了揭示预应力钢丝束张拉过程中摩擦对钢丝束拉力的影响，建立了考虑摩擦影响的预应力混凝土梁张拉施工简化模型。该简化模型通过非线性弹簧单元模拟钢丝束与混凝土梁之间的摩擦行为，仿真分析程序主要由等效摩擦单元以及迭代算法组成，计算中只需要设定节点坐标和摩擦系数，即可自动迭代得到准确的摩擦力大小。计算结果表明，所提出的简化模型计算精度高，有效避免了不收敛的问题。
2025, 40(10): 56-64.
doi: 10.13206/j.gjgS24092001
摘要:
空间异形网架结构因其自重轻、空间性能好等优异性能，广泛应用于大跨结构屋面，同时也对结构的设计与施工提出了更高要求。由于设计、施工的相互独立，导致后期施工质量无法达到原设想的效果。为了解决这一问题，以西安咸阳国际机场中央大厅的空间异形网架结构屋盖为例，提出了一种新型的设计与施工一体化方法。在设计阶段，通过数字化手段处理结构与建筑、结构与施工的相互关系；在施工阶段，通过数值模拟技术分析结构在施工时的受力性能。在整个项目流程中，提前考虑项目需求，将结构模型在设计与施工中融合，力求打破传统模式下设计与施工“各自为战”的情况，进而实现设计施工一体化，保证结构的安全与质量，体现协同、高效的价值。
空间异形网架结构因其自重轻、空间性能好等优异性能，广泛应用于大跨结构屋面，同时也对结构的设计与施工提出了更高要求。由于设计、施工的相互独立，导致后期施工质量无法达到原设想的效果。为了解决这一问题，以西安咸阳国际机场中央大厅的空间异形网架结构屋盖为例，提出了一种新型的设计与施工一体化方法。在设计阶段，通过数字化手段处理结构与建筑、结构与施工的相互关系；在施工阶段，通过数值模拟技术分析结构在施工时的受力性能。在整个项目流程中，提前考虑项目需求，将结构模型在设计与施工中融合，力求打破传统模式下设计与施工“各自为战”的情况，进而实现设计施工一体化，保证结构的安全与质量，体现协同、高效的价值。
2025, 40(10): 65-68.
doi: 10.13206/j.gjgS24071125
摘要:
分析货架立柱腹板的局部屈曲和截面的畸变屈曲，立柱腹板有压槽，压槽的影响包括：泊松比效应有一定的释放；腹板中面展开宽度增加，削弱了横向抗弯刚度；压槽作为腹板的单侧加劲肋，其抗弯刚度的计算具有一个特点，即压槽上的压力是板件压力的一部分，基于上述特定情况建立了屈曲分析的总势能，采用能量法得到了局部屈曲临界应力，可用于判断截面的局部屈曲承载力和截面分类。货架立柱的翼缘则发生畸变屈曲，畸变屈曲受到腹板对翼缘的转动约束，将新得到的腹板临界应力公式和腹板展开宽度纳入这个扭转约束的计算中，使计算结果更加符合货架立柱特点。计算结果表明：临界应力比不考虑凹槽影响的规范方法小5.6%~10.1%。
分析货架立柱腹板的局部屈曲和截面的畸变屈曲，立柱腹板有压槽，压槽的影响包括：泊松比效应有一定的释放；腹板中面展开宽度增加，削弱了横向抗弯刚度；压槽作为腹板的单侧加劲肋，其抗弯刚度的计算具有一个特点，即压槽上的压力是板件压力的一部分，基于上述特定情况建立了屈曲分析的总势能，采用能量法得到了局部屈曲临界应力，可用于判断截面的局部屈曲承载力和截面分类。货架立柱的翼缘则发生畸变屈曲，畸变屈曲受到腹板对翼缘的转动约束，将新得到的腹板临界应力公式和腹板展开宽度纳入这个扭转约束的计算中，使计算结果更加符合货架立柱特点。计算结果表明：临界应力比不考虑凹槽影响的规范方法小5.6%~10.1%。
期刊编委会完整名单 >
主任委员：周绪红
中国工程院院士，日本工程院外籍院士，重庆大学教授
结构工程专家,重庆大学教授,国家钢结构工程技术研究中心主任,英国皇家结构工程师学会Fellow,英国皇家特许结构工程师。兼任中国钢结构协会荣誉会长,国家钢结构工程技术研究中心技术委员会主任等学术职务。长期从事钢结构、钢-混凝土组合结构等方向的教学与科研工作。
副主任委员：聂建国
中国工程院院士，清华大学教授
结构工程专家,清华大学教授,清华大学未来城镇与基础设施研院院长,清华大学术委员会主任,清华大学科学技术协会副主席。兼任中国土木工程学会副理事长,住建部超限高层建筑工程技术专业委员会主任委员等学术职务。长期从事钢-混凝土组合结构、结构新体系和新技术等方向的教学与科研工作。
副主任委员：岳清瑞
中国工程院院士，北京科技大学终身教授
结构工程专家,北京科技大学城镇化与城市安全研究院院长、国家城市安全发展科技研究院院长、深圳市城市公共安全技术研究院名誉院长与首席科学家等，兼任中国钢结构协会会长、住建部建筑工程抗震设防专家委员会主任、应急管理部专家委员会委员等，长期担任国家科技部社会发展、新材料、科技平台等领域专家。
喜报 | 热烈祝贺我刊编委罗尧治教授荣获2024年度何梁何利基金奖
