钢结构(中英文)

腐蚀环境下钢箱梁开口肋钢桥面板疲劳退化机理和寿命研究

陈荣海, 何成凑, 叶钦淋, 周张杰, 张铁怀, 赵秋

陈荣海, 何成凑, 叶钦淋, 周张杰, 张铁怀, 赵秋为了研究滨海地区钢箱梁开口肋钢桥面板的疲劳性能，采用断裂力学分析方法和有限元模拟，以开口肋正交异性钢桥面板顶板-T肋为研究对象，采用简化的腐蚀模型，联合ABAQUS和FRANC3D考察裂纹在蚀坑内萌生、跨越蚀坑边缘以及在蚀坑外扩展全过程的应力强度因子幅值分布规律，模拟了不同腐蚀状态下初始裂纹的扩展路径、形态及速率。此外，分析了腐蚀环境下不同顶板厚度以及蚀坑大小变化对顶板-T肋构造细节疲劳性能的影响。结果表明：蚀坑对裂纹尖端应力强度因子幅值的影响具有明显阶段性，在裂纹位于蚀坑内部及刚刚跨越蚀坑边缘的短暂时期，其影响最为剧烈，裂纹前缘两侧端部的应力强度因子幅值激增至原幅值的2.96倍，一旦裂纹远离蚀坑，其影响迅速减弱；腐蚀模型疲劳寿命远低于未腐蚀模型，当裂纹扩展到临界尺寸即顶板厚度一半时，50 a腐蚀模型的疲劳寿命（340.3万次）约仅为未腐蚀模型的疲劳寿命（666.0万次）的51%，腐蚀模型裂纹扩展到相同深度8 mm时的寿命（368.9万次）也明显低于未腐蚀模型的疲劳寿命，表明腐蚀显著加速了裂纹扩展速率；增加顶板厚度可极大改善疲劳性能，顶板厚度从12 mm增至20 mm时，裂纹扩展至临界尺寸的疲劳寿命大幅提升了1866.5%，裂纹扩展平均寿命提升了968.6%，这充分说明增加顶板厚度能有效降低焊接处的应力水平，是提高抗疲劳性能最有效的结构措施；腐蚀对疲劳寿命的削弱作用主要集中在腐蚀的初期阶段，腐蚀年限从0增至30 a，临界点疲劳寿命急剧下降47.1%，裂纹扩展平均寿命下降40.9%，腐蚀年限从30 a增至100 a，临界点疲劳寿命仅再下降4.0%，裂纹扩展平均寿命略有回升（增加16.5%，可能与后期蚀坑处应力集中现象减弱有关），这表明有无腐蚀对顶板-T肋疲劳构件的裂纹扩展寿命的影响较为显著，但腐蚀年限大小对裂纹扩展寿命的影响较小。钢结构(中英文). 2026 41(4): 1-9.

体外预应力加固锈蚀网架结构的静力性能提升研究

张微敬, 徐志勇, 牛功科, 董峥

张微敬, 徐志勇, 牛功科, 董峥网架结构是大跨空间结构中研究最早且广泛应用的一种结构形式。然而，随着使用年限的增长，钢构件在锈蚀作用下遭受损害导致截面削弱，而钢构件截面削弱引起结构承载力、刚度下降，使结构存在安全隐患，因此对该类结构提出有效的加固措施具有重要意义。以一个57.6 m×28.8 m游泳馆锈蚀网架结构为研究对象，采用ABAQUS有限元软件，分析锈蚀对结构静力性能的影响，提出一种由钢索、节点和撑杆组成的交叉索承单元对既有网架结构进行加固的方案，并评估该方案对锈蚀网架结构性能提升的效果。研究表明：锈蚀使网架节点最大竖向位移由62 mm增加至70 mm，增加量较少，锈蚀对网架结构整体刚度影响较小；是否考虑锈蚀，网架结构的最大变形均符合相关规范要求；因锈蚀及设计荷载变化，导致应力超限杆件数量占总杆件数的14.1%；采用交叉索承单元体外预应力加固方案改善了锈蚀网架的静力性能，对于结构刚度有一定提升，结构中应力超限杆件数量减少至总杆件数的4.5%。钢结构(中英文). 2026 41(4): 10-18.

新型内插件自锁式模块化钢结构节点抗拉与抗弯因素分析

夏军武, 于峻, 何源, 朱致淳, 王晓明

夏军武, 于峻, 何源, 朱致淳, 王晓明针对提出的新型内插件自锁式节点模块化节点，通过ABAQUS有限元软件建立了节点精细化有限元模型，模拟了节点的抗拉试验和抗弯试验，并与试验作对比，检验了模型的准确性。通过参数化分析研究了节点核心部位的卡扣厚度、卡槽侧壁厚度、卡槽上壁厚度对节点抗拉性能的影响，以及节点的加劲肋尺寸、自锁核心的内插件上部长度和内插件与柱的厚度比t对抗弯性能的影响规律。结果表明：卡扣的厚度是新型内插件自锁式节点抗拉性能的主控因素，保持内插件其他尺寸不变，增加卡扣厚度可以提高节点屈服荷载20.778%；内插件长度的增加可以有效改善模块柱子的应力集中；提高内插件与柱的厚度比t可以提升节点的抗弯性能，当柱厚度为8 mm时，t由1.0提升到1.25后，节点的屈服弯矩和极限荷载分别提升了1.10%和2.93%；加劲肋长度由100 mm增长至150 mm后，节点的初始刚度和极限荷载分别增长了14.26%和17.87%，说明增加加劲肋长度可以显著提高节点的抗弯能力。钢结构(中英文). 2026 41(4): 19-29.

钢管高强自密实混凝土早龄期长期性能研究

贾健

贾健钢管高强自密实混凝土是在钢管内填入高强自密实混凝土并掺入优质膨胀剂形成的高性能组合构件，已成为大型钢管混凝土结构的发展方向。由于长期变形会加剧竖向构件的变形，随着竖向构件的变形差异和差异的逐渐累积，会引起水平构件的附加应力，甚至会导致建筑倾斜及影响正常使用功能。但针对钢管高强自密实混凝土的早龄期加载对于长期性能影响的研究十分有限。为此，进行了8组16个圆钢管高强自密实混凝土短柱长期变形的试验研究，混凝土应力水平为0.3，持荷时间为90 d。考察混凝土强度等级（C60、C80）以及加载龄期（3，7，14，32 d）对钢管高强自密实混凝土长期性能的影响。另外，进行了钢管高强自密实混凝土数值分析，基于修正后适合于添加矿物掺合料的自密实混凝土的EC2收缩徐变模型，采用逐步积分法分析粉煤灰含量、硅灰含量对钢管高强自密实混凝土长期变形的影响。试验结果表明：C60试件徐变随加载龄期的延后先增大后减小，C80试件徐变随加载龄期延后逐渐减小。参数分析结果表明：构件长期变形在单掺条件下，随着粉煤灰含量和硅灰含量增大而增大；在复掺条件下，晚龄期加载时，随着粉煤灰含量和硅灰含量增大而减小。钢结构(中英文). 2026 41(4): 30-37.

位移协调的薄壁梁非刚性连接动力学建模

刘咏璐, 丛虹霄, 李飞, 杜尧, 张磊

刘咏璐, 丛虹霄, 李飞, 杜尧, 张磊基于一维高阶梁理论与位移协调条件，提出了一种针对非刚性连接薄壁结构的动力学建模方法。通过引入节点域位移协调方程与单元耦合条件，建立了能够精确描述截面畸变与接合面柔性效应的梁-节点耦合模型。该方法通过建立节点位移约束关系与刚度集成策略，在严格保证运动学协调性的基础上，实现了对高阶模态耦合行为的高效表征。数值算例表明，所建模型能够以显著优于传统梁模型的精度预测结构的动力学响应：在非刚性连接结构细化区域的自由振动分析中，前9阶固有频率预测误差分别不超过10%；在瞬态响应分析中，与三维壳模型结果高度一致。此外，该模型单元数量仅为壳模型的1%左右，计算效率显著提升，在轻量化薄壁结构的概念设计与参数优化阶段表现出良好的工程应用价值。钢结构(中英文). 2026 41(4): 38-47.

某大跨度折面形屋盖结构设计与施工分析

彭国之, 彭佳成, 卢云军

彭国之, 彭佳成, 卢云军文瑞山海客厅的大跨度折面形屋盖造型复杂，为实现建筑造型要求，结合屋盖跨度、支座条件等因素，采用了折板网架+上弦支座+下弦支撑的结构形式。对该结构的参数化建模过程进行介绍，计算分析网架结构的静力、动力及稳定性能，并考虑网架结构与下部支承结构的相互影响。由于网架连接节点种类较多且构造复杂，采用非线性有限元软件建立实体单元模型对关键节点进行分析，同时进行了网架碰撞检查和施工过程模拟分析。结果表明，结构整体及节点设计合理，各项性能指标均能满足规范要求；采用的分块安装法施工方案提高了施工效率，保证了施工质量及工期。钢结构(中英文). 2026 41(4): 48-55.

基坑装配式格构组合钢支撑平面稳定分析计算

胡吉松, 周书东

胡吉松, 周书东基坑组合型钢支撑为平面多肢格构柱，对虚轴的平面稳定缺少系统研究。各地颁布的多本钢支撑地方标准对平面稳定计算标准不一，对于格构柱剪切影响和钢立柱抗侧刚度作用，规范公式缺少严密的理论依据，计算结果可能偏于不安全。为此，依据对格构组合支撑平面稳定问题的系统研究，提出考虑剪切作用、边界约束条件的临界荷载计算公式；钢支撑的盖板属于深梁，应考虑剪切变形作用，并对支撑与基坑的实际连接情况提出按固端、简支边界约束计算的条件，分析了系杆对支撑的稳定作用；受钢立柱抗侧刚度K作用，格构柱会出现多个半波的高阶失稳模态，对应每个模态均应考虑剪切影响，基于此推导了考虑钢立柱作用的临界荷载计算公式，并对长支撑提出了两种刚度立柱组合布置的优化措施和计算方法。钢结构(中英文). 2026 41(4): 56-68.

平面内稳定验算的等效弯矩系数

童根树

童根树对现行国内外钢结构设计标准中平面内稳定计算公式中的等效弯矩系数进行了分析，提出了新的解析方法。该方法对初始弯曲和线性弯矩产生的总二阶弯矩求最大值，沿杆长搜寻求得一系列压弯杆稳定相关曲线，求得这一系列曲线的下包络，反推求得弹塑性压弯杆的等效弯矩系数，总结出了计算公式。采用新公式求得的平面内稳定相关关系与下包络曲线比较，精度良好。钢结构(中英文). 2026 41(4): 69-74.