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2015年  第30卷  第9期

科研开发
一种弹性边界单层平面索网快速找形方法
林晖, 吴杰, 罗晓群, 张其林
2015, 30(9): 1-5. doi: 10.13206/j.gjg.201509001
摘要:
单层平面索网玻璃幕墙结构是广泛应用于大型公共建筑中的一种新型结构形式。针对弹性边界索网中边界变形会显著影响索网初始状态的位形和索力的特点,提出并实现一种快速找形方法,即基于原长法的非线性迭代方法,其与ANSYS的对比分析表明,该方法计算效率高、找形结果精确。同时,通过倒拆和正装分析验证了该方法的正确性。施工过程误差分析表明,定长控制施工法的索力误差较大,但几何误差较小,主动索力控制法则相反。
带不等高梁的外传力式钢管柱框架节点性能与参数分析
徐忠根, 杨瑞, 张圳堡, 邓长根
2015, 30(9): 6-11. doi: 10.13206/j.gjg.201509002
摘要:
利用大型通用有限元软件ANSYS建立带不等高梁的外传力式钢框架梁柱节点分析模型,并与无传力件传统不等高梁柱节点进行对比;同时指出传力件的腹板厚度以及盖板宽度和厚度是外传力钢管柱框架节点的关键设计参数,共对21个试件进行对比分析。结果表明:加设传力件能明显提高节点的刚度及承载能力;指出传力板异型构件中腹板和盖板厚度宜与钢梁翼缘厚度相同,盖板宽度宜取1~1.25倍钢梁翼缘宽度。
装配式钢管内套筒-T型件梁柱节点力学性能分析
张茗玮, 王燕, 舒慧
2015, 30(9): 12-17. doi: 10.13206/j.gjg.201509003
摘要:
为研究装配式钢框架钢管内套筒-T型件梁柱连接节点力学性能,通过改变内套筒厚度对节点进行有限元分析,对其极限承载力、荷载-位移滞回性能、耗能能力、破坏形态等进行深入研究。结果表明:增大内套筒厚度,可以提高节点极限承载力和耗能能力,当内套筒厚度大于柱壁厚度2mm时,节点表现出良好的滞回性能;当内套筒厚度取值过大时,节点力学性能提升不明显;位移加载过程中,高强度对拉螺栓预拉力施加面的拉力值随内套筒厚度增大变化不明显。
基于性态设计的抗弯钢框架与钢框架-钢板剪力墙结构性能对比分析
陈永昌, 李建中
2015, 30(9): 18-22. doi: 10.13206/j.gjg.201509004
摘要:
抗弯钢框架和钢框架-钢板剪力墙结构的耗能构件分别为框架梁和内填钢板,现行规范基于强度设计理论,不能保证结构的整体破坏模式。近年来,国内外学者提出了钢结构基于性态的塑性设计方法,使得同等设计条件下,二者同时达到性能目标。依据基于性态的设计方法设计了5层、10层及15层抗弯钢框架和钢框架-钢板剪力墙结构。通过SAP 2000建立平面分析模型,对结构进行Pushover分析和非线性时程分析,对比分析两种结构的承载力、抗侧刚度、延性指标、破坏模式以及层间侧移分布状态。对比结果表明:钢框架-钢板剪力墙结构具有较高的承载力和抗侧刚度,层间侧移较小,抗弯钢框架延性较好。
考虑楼板影响的钢结构半刚性连接节点弯矩-转角分析模型
刘坚, 潘澎, 李东伦, 周观根, 陈原, 于志伟
2015, 30(9): 23-26. doi: 10.13206/j.gjg.201509005
摘要:
在不考虑楼板影响的情况下,采用现有的双线性模型、多项式模型、三参数幂函数模型、欧洲规范EC 3模型的M-θ(弯矩-转角)曲线对钢结构外伸端板半刚性梁柱节点进行曲线拟合,并进行有限元分析。由于考虑了楼板的影响后,钢结构外伸端板半刚性梁柱节点的M-θ曲线与现有的半刚性节点M-θ模型存在较大的误差,说明现有的半刚性节点M-θ模型已经不适用于目前的实际情况。针对实际情况,考虑了楼板的影响,进行了带楼板的钢结构半刚性梁柱节点的有限元分析,并基于欧洲规范EC 3提出了考虑楼板影响的弯矩-转角模型。研究结果表明,所提出的考虑楼板影响的钢结构半刚性连接节点弯矩-转角分析模型较好地反映了半刚性连接节点弯矩-转角的实际性能,可供钢结构设计时参考。
圆钢管混凝土柱环梁节点刚性分析
葛森, 左可新, 聂肃非
2015, 30(9): 27-31. doi: 10.13206/j.gjg.201509006
摘要:
节点刚度对结构内力分布和变形形态有重要影响。为了研究圆钢管混凝土柱环梁节点的刚性,借助ANSYS软件建立多组圆钢管混凝土柱环梁节点实体有限元模型进行计算,验证环梁节点的半刚性特性,研究环梁高度、环梁宽度、钢管直径、环梁配筋量和环梁混凝土强度对环梁节点刚度的影响规律,并进一步推导环梁节点简化的初始刚度理论计算公式。研究结果表明:环梁节点具有半刚性特性;增大环梁高度、环梁配筋量和框架梁宽度将提高环梁的刚性,增大环梁宽度和钢管直径将减小环梁刚性。
EH40钢疲劳裂纹扩展速率与裂纹尖端张开位移关系的试验研究
夏紫君, 苗张木, 朱俊
2015, 30(9): 32-35. doi: 10.13206/j.gjg.201509007
摘要:
对EH40钢进行疲劳裂纹扩展速率测试试验,测定一系列裂纹尺寸ai及所对应的疲劳荷载次数Ni和裂纹嘴张开位移(CMOD)。通过a-N曲线,运用ORIGIN软件的微分功能得到试样的裂纹扩展速率。通过CMOD与裂纹尖端张开位移(CTOD)的对应关系,得到裂纹扩展过程中的一系列CTOD的值δ。通过数据分析,表明裂纹扩展速率与裂纹尺寸存在指数关系,并与δ存在线性相关。在此基础上,提出新的裂纹扩展速率公式,避免了Paris公式的局限性。
可燃气体爆炸荷载作用下玻璃幕墙的动态响应及损毁研究
王豪, 曾祥国
2015, 30(9): 36-39. doi: 10.13206/j.gjg.201509008
摘要:
为研究管道油气泄漏引发可燃气体爆炸对周围建筑的影响,基于乙炔/空气混合气体爆炸的化学反应方程和热力学公式,得到乙炔/空气混合气体爆炸的爆炸参数,利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件模拟了不同乙炔体积浓度的乙炔/空气混合气体爆炸作用下,索桁架点支式玻璃幕墙的动态响应和破坏失效模式。结果表明:乙炔体积浓度不小于7.5%时,玻璃幕墙表面已经发生破坏。
工程设计
曲线形钢框架有限元分析
张爱林, 王艺蒙, 腾伟, 刘学春, 林娜
2015, 30(9): 40-45. doi: 10.13206/j.gjg.201509009
摘要:
所研究的曲线形钢框架结构,多处采用曲线设计,外形优美,结构受力复杂。若采用传统设计软件的线单元进行模拟,很难全面反映出结构的应力、应变情况,因此通过有限元软件ABAQUS,对结构模型进行三维实体有限元模拟,并考虑几何缺陷和材料非线性,对框架进行非线性屈曲分析,得到框架结构的极限承载力、塑性发展及变形情况;最后研究曲线形钢框架在低周往复荷载作用下的延性系数、滞回性能和耗能能力。研究表明:此框架不仅满足结构的弹性设计要求,而且在极限荷载和循环荷载作用下,表现出良好的塑性变形能力、滞回性能和耗能能力。
今创集团5号钢结构厂房的结构设计
林沂祥, 戴晓兵, 华可琰
2015, 30(9): 46-48. doi: 10.13206/j.gjg.201509010
摘要:
今创5号钢结构厂房特点为一个排架局部嵌套于另一个垂直方向的排架,对比分析了该工程的结构设计方案,通过设置结构缝,并在内部设置独立排架,限制内部排架柱顶高度等措施,避免了两个垂直方向的吊车互相碰撞。简要介绍了该重钢排架结构的设计过程,并提出本工程一些值得注意的问题。
特殊地区焦炉大棚加固技术
周传勇, 李盛伟, 程爱民
2015, 30(9): 49-52. doi: 10.13206/j.gjg.201509011
摘要:
焦炉大棚是焦炉砌筑及设备安装施工的重要周转性措施。为满足同一座焦炉大棚在不同风荷载条件下的使用,降低大棚加固成本。通过分析大棚结构,采用在大棚柱下部柱脚固定连接,上部设缆风绳的加固方法。该方法不仅能避免增大大棚柱截面导致的成本增加,而且有效提高焦炉大棚的稳定性,比传统加固方法大大降低成本。
钢柱与砌体填充墙、预制钢筋桁架剪力墙的整体连接技术
孔庆合, 尹文涛, 王晓刚, 高中勤, 朱明清
2015, 30(9): 53-55. doi: 10.13206/j.gjg.201509012
摘要:
针对建筑主体钢柱与砌体填充墙之间经常出现的裂缝问题,提出了一种创新构造做法,采用设置永久明缝,并在缝内填堵高弹性功能材料,有效地解决了这一问题,既能很好地满足设计要求、又方便施工;另外还针对装配式高层建筑中钢柱与预制钢筋桁架剪力墙整体连接形成组合筒体结构问题,提出了一种创新技术,包括预制钢筋桁架剪力墙与钢柱的整体连接技术,该技术采用了焊接和键槽双重措施。这种连接具有优良的耐震性能、结构整体性好、构件之间连接节点构造简单、操作方便。
基于径向基函数法的拱桥吊杆索力控制研究
郑杰, 周亚, 满志立, 杨卓, 张海鹏
2015, 30(9): 56-58. doi: 10.13206/j.gjg.201509013
摘要:
吊杆索力控制对拱桥结构的安全性和可靠度有很大的影响,是拱桥施工的难点问题。根据一定的张拉顺序,通过MIDAS软件建立有限元模型得到所需的吊杆索力样本库。以成桥设计索力作为径向基函数法(RBF法)的输入向量,所求的初始索力为输出向量。利用分布密度参数控制求解精度,逼近两者之间的非线性映射关系,直接计算出吊杆初索力。研究表明:BRF法可以将索力的计算值与设计值之间的误差控制在5%以内,满足工程要求。
标准与规范
新、旧《建筑结构荷载规范》中高层建筑风荷载的对比研究
李永贵, 高阳, 戴益民
2015, 30(9): 59-62. doi: 10.13206/j.gjg.201509014
摘要:
风荷载是新规范修订的主要内容之一,列出了对高层建筑风荷载有影响的计算公式和参数。数值算例结果表明:与旧规范相比,新规范高层建筑顺风向平均风荷载减小,但风振系数增大,A、B类地貌,基底剪力分别增大3.4%~5.2%、3.6%~8.0%,高度达到400m时,C类地貌基底剪力基本持平,D类地貌基底剪力减小4.7%。考虑风荷载组合工况,A—C类地貌,新规范基底总剪力比旧规范顺风向基底剪力增大,D类地貌在建筑高度为105~260m时总剪力减小,最大减小值为旧规范计算值的2.9%。
加工制作
大截面高强超重吊车梁制作工艺
梁盈, 程治, 吴梦先, 宋建军
2015, 30(9): 63-67. doi: 10.13206/j.gjg.201509015
摘要:
宝钢湛江千万吨钢铁基地炼钢主厂房吊车梁结构形式为支撑桥式吊车梁,虽然结构形式简单,但由于吊车梁承载较大,材质为高强度结构钢Q390B,该材料碳当量高,焊接难度大,焊接变形不易控制;通过对特殊材质对接焊缝的工艺研究,采用焊接反变形措施使拼板对接及主焊缝达到一次成型,减少焊后校正成本;同时通过严格控制涂装环境的方式,使涂装质量满足沿海地区8~10年的防腐使用年限。
多参数对T型焊接接头温度场的影响分析
杨磊, 江克斌, 邵飞, 马超
2015, 30(9): 68-73. doi: 10.13206/j.gjg.201509016
摘要:
准确计算瞬时焊接温度场是控制焊接残余应力和变形的前提条件。利用ANSYS软件的APDL语言编写程序,建立合理的三维有限元模型,通过表面高斯热源模型分析手工电弧焊T型接头焊接温度场动态变化过程,并利用单一变量法研究焊接电流、焊接速度、焊接电弧有效半径变化对焊接过程温度场的影响规律。结果表明:施焊需2.8s后才达到稳态温度场,但冷却0.6s后,熔池区温度就到达熔点以下,即熔池区消失;施焊高温区随热源同步移动;随焊接电流的增加,等温面会变宽变长,熔池区扩大;焊接速度的增加会使等温面长宽比增加,熔池区长度方向加长,宽度方向缩小,会造成不完全焊;随焊接电弧有效半径的增大,熔池区减小,但对熔点以下温度场影响很小。
马鞍山长江公路大桥钢塔柱焊接工艺
李彦国, 刘志刚, 吴江波
2015, 30(9): 74-77. doi: 10.13206/j.gjg.201509017
摘要:
马鞍山长江公路大桥钢塔采用Q370qE和Q420qE钢,针对该钢塔使用的中厚板焊接,选择合理的焊接方法、焊接坡口、焊接材料以及焊接工艺参数进行焊接试验,通过焊接工艺评定试验及试验数据分析发现,各项性能均满足设计和相关标准要求。该焊接工艺成功应用于马鞍山长江公路大桥钢塔柱的制作,可供同类桥梁钢结构焊接制作借鉴。
施工技术
大跨度预应力空间钢结构分区分级阶梯式落架技术
孟祥冲, 魏丹阳, 梁锐, 尉成伟, 马天龙
2015, 30(9): 78-82. doi: 10.13206/j.gjg.201509018
摘要:
落架是钢结构工程由施工状态向设计状态转变的关键性环节。青岛北客站屋盖钢结构为大跨度空间拱形预应力体系,采用了分区、分级、阶梯式的落架方法,同时于区域间设置了落架过渡区段,以缓解应力集中带来的不利影响。落架工艺方面选择液压千斤顶作为主要落架工具,配合针对异型构件落架设计的仿形工装,以垫片抽取的方式完成落架。通过对整个落架施工的计算机模拟分析、顺序及部署、施工工艺以及过程监测共4个方面对大跨度空间钢结构的落架进行探讨,总结出一套行之有效的空间钢结构落架要点。
广州财富天地网架穹顶的整体提升施工技术
梁炳堃, 赵晓彬, 燕乐纬, 刘芳
2015, 30(9): 83-87. doi: 10.13206/j.gjg.201509019
摘要:
广州财富天地广场穹顶采用网壳结构,形式复杂、跨度较大。结合该网壳穹顶的结构形式特点以及现场的施工情况,在数值分析的基础上,确定了"地面拼装、整体提升、就位封边"的施工方案。从吊装设备制作与组合、卷扬机安装、同步控制系统的安装调试、主要吊索具的受力验算、安全提升应急措施等方面介绍穹顶钢网壳结构整体提升的施工技术要点。经实际检测:提升过程中最大不同步偏差仅为46mm,远小于控制目标(100mm),网架安装质量良好。
苏州商服楼工程钢结构连廊整体提升技术
汪超平, 叶发宝, 庆升
2015, 30(9): 88-90. doi: 10.13206/j.gjg.201509020
摘要:
苏州商服楼工程钢结构连廊跨度大、质量大、提升高度高。结合工程进度及施工条件,确定了"地面拼装、整体提升"的总体施工方案,并对工程难点进行分析,介绍整体提升的施工流程。运用有限元软件对施工全过程及提升桁架节点进行模拟计算,保证整体提升的安全性和可行性。通过制定提升施工管理措施控制风险,有效保证了提升施工顺利完成。
高层钢结构分区错层交迭安装施工技术
于占峰, 胥超明
2015, 30(9): 91-93. doi: 10.13206/j.gjg.201509021
摘要:
以合肥栢悦中心项目钢-混凝土混合结构施工为探讨对象,采用改变传统的超高层钢混结构安装工艺,即通过对结构平面合理分区、钢柱错层制作、交迭安装施工工艺,将钢结构施工与土建施工作业面错开。该安装工艺不仅节约劳动力、降低成本、减少安全隐患,同时提高工程质量及结构稳定性,经济效益和社会效益显著。
防火与防腐
组合楼板耐火性能——挠度计算
白力更, 冯永伟
2015, 30(9): 94-98. doi: 10.13206/j.gjg.201509022
摘要:
对组合楼板火灾条件下的力学性能进行了分析,并提出了相应条件的挠度计算的理论公式。该计算方法考虑了混凝土中温度的非线性以及高温对材料特性的影响,为今后的研究提供了一个研究思路。