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2017年  第32卷  第2期

科研开发
全钢装配式屈曲约束支撑有限元分析及试验对比
史庆轩, 陈坤, 田园
2017, 32(2): 1-6. doi: 10.13206/j.gjg.201702001
摘要:
基于Q195全钢装配式屈曲约束支撑抗震性能试验的研究成果,采用ABAQUS有限元软件对试验构件进行数值分析,对屈曲约束支撑芯材采用金属双线性随动硬化模型,得到的有限元分析结果与试验结果接近。最后通过改变屈曲约束支撑的间厚比、宽厚比、材性和长细比,研究其对全钢装配式屈曲约束支撑耗能性能的影响,分析结果表明:随着芯材间厚比的增加,试件荷载-位移曲线振荡加剧;随着芯材宽厚比的增大,试件进入塑性后的荷载-位移曲线越平缓;以Q195钢为芯材的屈曲约束支撑滞回性能比Q235B钢好;随着芯材弱轴方向长细比的增大,试件的刚度在弹性段和塑性段均减小。
空间倒三角形管桁架的整体稳定研究
马宏伟, 侯喆辰, 叶亮
2017, 32(2): 7-10. doi: 10.13206/j.gjg.201702002
摘要:
空间倒三角形管桁架的稳定性直接影响其承载力。针对不同跨度的空间倒三角形管桁架,按静力分析结果确定截面参数,然后以管桁架结构的高跨比和宽高比作为变量建立了96个结构模型,利用有限元软件进行特征值屈曲分析和非线性屈曲分析。结果表明:高跨比的增大可以提高管桁架的稳定承载力,但结构会出现静力承载力小于稳定承载力的现象;宽高比对管桁架的稳定承载力影响较小,当高跨比不小于1/15时,一定范围内其宽高比的减小可以增大管桁架的稳定承载力,当高跨比小于1/15时,宽高比的减小可以降低管桁架的稳定承载力;同时,对75 m跨度的管桁架设置了中部空间侧向支撑,结果表明侧向支撑能大幅提高结构的稳定性。
基于纤维模型的单层球面网壳抗震倒塌反应分析
许文祥, 黄信, 任强强
2017, 32(2): 11-14. doi: 10.13206/j.gjg.201702003
摘要:
通过纤维模型对悬臂杆荷载-位移(P-δ)效应进行模拟,并与采用其他有限单元的模拟结果对比,验证时程纤维模型在模拟单层网壳结构杆件二阶效应变形以及塑性发展路径两方面的精确性。基于纤维模型和动力增量时程分析法,以倒塌边缘比(CMR)作为抗地震倒塌评估指标分析了单层球面网壳结构的初始几何缺陷、屋面荷载、结构矢跨比、结构跨度对抗地震倒塌能力的影响。
双屈服点一字形全钢防屈曲支撑数值模拟分析
陈洪剑, 王曙光, 瞿雨舟, 李佩宏
2017, 32(2): 15-20. doi: 10.13206/j.gjg.201702004
摘要:
对一种双屈服点一字形全钢防屈曲支撑的耗能性能进行了研究。双屈服点一字形全钢防屈曲支撑的内核单元采用两块低屈服点钢LY100与一块高屈服点钢SN490重叠制成,采用双腹板工字钢作为约束单元,薄橡胶作为无黏结材料。通过有限元软件ABAQUS对该双屈服点一字形全钢防屈曲支撑进行数值模拟,研究其耗能性能。研究结果表明:该双屈服点一字形全钢防屈曲支撑的滞回曲线形状饱满、稳定,具有明显的分阶段耗能特征,能够适应不同等级的水平地震作用,实现多性能水准目标,具有广阔的应用前景。
纤维复合材料-钢组合柱侧向冲击试验和有限元仿真分析
李洋, 王俊, 刘伟庆
2017, 32(2): 21-25. doi: 10.13206/j.gjg.201702005
摘要:
考虑不同冲击能量对玻璃纤维复合材料(GFRP)-钢组合柱进行落锤冲击试验,并与空钢管的冲击性能进行对比。研究表明:包裹2.7 mm厚GFRP能有效地降低钢管的冲击作用,与未包裹GFRP的钢管相比冲击力峰值降低了11%~22%,并在一定程度上降低了冲击点的位移。GFRP包裹钢管局部冲击损伤比钢管试件有明显改善。建立三维有限元模型,采用刚体模型模拟锤头,弹塑性模型模拟GFRP和钢管,模拟组合柱的冲击响应,冲击力试验值与模拟值吻合较好。
矩形钢管混凝土截面温度场的试验研究
张鑫, 张宁, 马印平, 周鑫
2017, 32(2): 26-30. doi: 10.13206/j.gjg.201702006
摘要:
分别在日照和阴凉条件下对一个矩形钢管混凝土试件进行截面温度场连续的试验观测,并结合有限元方法,在实测温度数据基础上分析矩形钢管混凝土截面温度场的分布规律。结果表明:截面温度场在时间和空间上的非线性分布明显;测点越靠近截面中心点,温度越低且变化越缓和;截面温度场在日照作用下比阴凉条件下整体偏高;日照作用下截面靠近管壁点与中间点最大温差为5.2℃,阴凉处最大温差为3.2℃;靠近管壁点的最高温、最低温和最大温差均比中间点和气温高,其变化趋势与中间点和气温相近;有限元计算结果与实测结果相符。
翼缘削弱断面梁与箱形加强式工字形柱弱轴连接节点的抗震性能分析
卢林枫, 刘杰, 匡谊
2017, 32(2): 31-35. doi: 10.13206/j.gjg.201702007
摘要:
为研究翼缘削弱断面(RBS)梁与箱形加强式工字形柱弱轴连接异型节点的抗震性能,建立了1个RBS型节点模型和1个标准型节点模型,运用有限元软件ABAQUS进行循环荷载作用下的有限元分析。通过对比分析两个模型的破坏形态、应力分布、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、承载力、延性系数和耗能性能等,研究表明:RBS型异型节点具有很好的延性、耗能能力和抗震性能等,满足抗震设计中"强柱弱梁、强节点弱构件"的要求。
波折腹板钢梁柱弱轴半刚性连接性能研究
李清扬, 孙建颖, 刘远鹏, 王刚
2017, 32(2): 36-40. doi: 10.13206/j.gjg.201702008
摘要:
为研究波折腹板钢梁柱弱轴半刚性连接的性能,采用有限元软件ANSYS建立三维实体有限元模型,对连接进行加载模拟,得到弯矩-转角曲线、最大荷载时的节点区位移和von Mises应力云图、端板及节点附近柱腹板应变和变形,分析连接的受力性能。讨论了梁腹板高度、端板厚度和螺栓直径对弯矩-转角曲线的影响。研究结果表明:与梁受拉翼缘连接处的端板及与节点区域柱上加劲肋附近的腹板变形是梁柱产生相对转动的主要因素;梁腹板高度对连接的初始转动刚度及抗弯承载力有显著的影响;当板厚度与螺栓直径较小时,端板厚度与螺栓直径的变化对节点连接性能有较大的影响;随着外荷载的增加,弯矩-转角曲线由线性特征转为非线性。
考虑矢高偏差的钢梁盖板加强型节点力学性能分析
梁广贤, 徐忠根, 甘仲伟
2017, 32(2): 41-44. doi: 10.13206/j.gjg.201702009
摘要:
在钢结构施工中,结构中存在初始缺陷是不可避免的。采用通用有限元分析软件ANSYS,建立3组分析模型,分别在钢梁侧向弯曲矢高偏差满足相关技术标准规定以及超出限值4倍的情况下,对盖板加强型节点和传统节点进行对比分析。结果表明:在节点域内加设盖板,不仅能提高结构的刚度、屈服承载力和极限承载力,且能降低钢梁侧向弯曲矢高偏差所带来的不利影响。
浮头式点支承单层玻璃板的精细有限元分析
卢瑞华
2017, 32(2): 45-49. doi: 10.13206/j.gjg.201702010
摘要:
利用ABAQUS软件,对浮头式点支承单层玻璃板在板中心集中荷载和均布荷载作用下的受力性能进行非线性有限元分析,考虑玻璃面板与驳接头、驳接头球铰与驳接头头部接触面之间的相对滑动,选择合理的单元类型、接触算法和摩擦系数,并与试验结果对比,验证精细的含有驳接头的实体单元有限元计算模型的可靠性。
自攻螺钉拉剪耦合作用数值分析
吴银飞, 朱召泉
2017, 32(2): 50-53. doi: 10.13206/j.gjg.201702011
摘要:
为了研究轻钢结构中常用的自攻螺钉连接模型在拉剪共同作用下的承载性能,对自攻螺钉抗剪、抗拉和抗拉剪共同作用下白承载力进行数值分析,分析拉剪共同作用极限状态下拉力施力比和剪力施力比的耦合关系。数值分析结果表明:针对该模型的分析结果与相关技术标准及文献结果都吻合较好,证明了模型分析结果的正确性。随着板厚及螺钉直径的增大,自攻螺钉连接模型抗剪与抗拉承载力均增大;拉剪共同作用极限状态下,剪力施力比随拉力施力比的增大而减小,两者呈非线性负相关关系;在拉力施力比为0.6,板厚为0.5,0.8 mm时,剪力施力比最大减小37%和44%;当板厚为1 mm时剪力施力比最大减小18%。
工程设计
广州财富中心施工过程抗震性能模拟分析
燕乐纬, 程瀛, 陈洋洋, 王龙
2017, 32(2): 54-58. doi: 10.13206/j.gjg.201702012
摘要:
高层结构施工规模巨大,施工周期长,在施工过程中仍有一定概率经要受地震作用的考验。利用大型有限元软件ABAQUS建立了广州财富中心施工各阶段的有限元模型,采用时程分析方法对广州财富中心各施工阶段的未完工结构在多遇地震和施工荷载组合作用下的抗震承载力和结构变形进行了分析,验证了结构在施工过程中的安全性。还对不同地震波作用下结构的振动响应进行了对比分析,结果表明:结构的地震响应受地震波卓越频率的影响十分明显,超高层结构在低频长周期地震波作用下的响应明显大于高频地震波作用下的响应。
2011年西安世园会天人长安塔结构设计
车顺利, 贾俊明, 吴琨, 韦孙印, 曾凡生
2017, 32(2): 59-62. doi: 10.13206/j.gjg.201702013
摘要:
天人长安塔是2011年西安世园会四大标志性建筑之一,它融合了隋唐古韵和现代元素,是西安新的地标性建筑。天人长安塔结构设计实现了建筑塔形由木塔、砖塔、钢筋混凝土塔向全钢结构建筑塔形的完美演绎。结合结构布置和构件布置,介绍该结构的特点,通过分析确定结构方案。该工程在继承传统建筑风格的基础上,运用现代建筑结构材料和工艺,创造建筑空间,满足建筑功能需求,确保工程的可逆性和安全性,开辟了传统风格建筑设计的新思路。
黄草营330kV变电构架优化设计分析
奚增红, 程明, 陈洋, 杨俊芬, 姚远东
2017, 32(2): 63-65. doi: 10.13206/j.gjg.201702014
摘要:
黄草营330 k V变电站是进出线柱和母线柱均为A型柱的构架,在其原有结构基础上,进行优化设计。将进出线构架柱采用钢管混凝土单杆柱代替常规的A型柱,中间构架柱采用钢管混凝土A型柱,进出线构架通过母线构架梁及进出线构架梁与中间构架结合在一起,形成整体受力体系。重点论述其结构方案、荷载组合、杆件选择、计算结果分析等,并与常规330 k V构架的经济性进行比较,提出较为合适的330 k V全联合钢管混凝土构架结构形式。
支撑钢框架结构住宅支撑优选研究
李素娟, 王宏伟, 张化振, 叶达伟, 覃建华
2017, 32(2): 66-71. doi: 10.13206/j.gjg.201702015
摘要:
针对一栋20层钢结构住宅,对其中心支撑和防屈曲支撑的组合支撑布置方案进行研究。引入中心支撑替换率的概念,设计了5种不同中心支撑替换率的结构布置方案,运用Perform 3D非线性分析软件,采用静力弹塑性分析和时程分析方法对5种设计替换率方案进行了抗震性能对比,考虑结构抗震性能与经济性因素,得出了混合支撑钢框架中防屈曲支撑的最优替换率。结果表明:综合结构最大层间位移角变化曲线及等效支撑用量变化曲线,以该结构为基础,支撑的替换率控制在35%,能够在不影响结构性能的前提下最大限度降低结构造价。
基于抗侧刚度比的防屈曲支撑钢框架住宅设计及分析
王宏伟, 苑清山, 叶达伟, 赵志东, 覃建华
2017, 32(2): 72-76. doi: 10.13206/j.gjg.201702016
摘要:
为探讨支撑钢框架结构中支撑的合理设计方法,以抗侧刚度比为控制指标,对一栋20层的钢结构住宅进行防屈曲支撑的优化设计。基于弹塑性时程分析,对比防屈曲支撑框架结构在固定抗侧刚度比与变化抗侧刚度比对结构性能的影响。研究结果表明:在防屈曲支撑总截面面积不变化的情况下,相对于固定抗侧刚度比的结构,采用变化抗侧刚度比结构的最大层间位移角均有所降低,在保证支撑用量不变的前提下,提高了结构整体抗震性能。
某临界失稳钢屋架的优选加固设计
田志昌, 孙超
2017, 32(2): 77-79. doi: 10.13206/j.gjg.201702017
摘要:
介绍了某单层双跨混凝土柱-钢屋架体系工业厂房的检测鉴定和加固设计,其中包括厂房屋盖体系以及柱间支撑的加固以及临界失稳钢屋架的回位验算。最后利用有限元软件对加固后的厂房进行稳定分析。对比厂房加固前后位移变化,验算加固效果,表明该加固方法是切实可行的。
丰都长江二桥斜拉桥索梁锚固结构设计
袁毅, 王碧波, 易伦雄
2017, 32(2): 80-83. doi: 10.13206/j.gjg.201702018
摘要:
丰都长江二桥斜拉桥采用跨度布置为(70.5+215.5+680+245.5+70.5)m钢箱梁斜拉桥结构,索梁锚固结构采用锚拉板式锚固结构,为确保锚拉板结构的安全性,对其进行空间有限元分析,得到锚拉板各部位的应力情况以及分布规律,并根据分析结果进行结构优化。
标准与规范
窄基钢管塔小夹角K型管-板节点设计计算方法及中外标准比较
胡文侃, 应健, 陈勇, 冉杨, 麻坚, 郭勇
2017, 32(2): 84-89. doi: 10.13206/j.gjg.201702019
摘要:
窄基钢管塔中的K型管-板节点中的主管与支管夹角相对较小。通过非线性有限元分析,指出了小夹角节点和常规节点在力学特征上的异同,对中外相关技术标准的设计计算方法和其适用条件进行比较分析。当夹角小于30°时,不再适用标准的计算方法;考虑支管引起的轴力对承载力的影响,推导了设计计算方法,将计算结果与国内外相关标准、有限元分析结果进行比较,表明所提出的表达式能更为准确地反映小夹角K型管-板节点的承载力。
加工制作
提篮拱桥钢拱肋线型控制技术
徐亮, 李军平
2017, 32(2): 90-92. doi: 10.13206/j.gjg.201702020
摘要:
钢拱肋作为提篮拱桥的主要受力结构,其线型控制是全桥建造的关键。依托厦门五缘大桥提篮拱桥,对其钢拱肋线型进行研究,采用线型拟合、无余量切割等技术,确保钢拱肋制作的质量。介绍了该桥钢拱肋线型控制技术和方法。
施工技术
折线型超高层塔楼内爬式动臂塔吊兜底防护施工技术
于建伟, 石文井, 胡艳东
2017, 32(2): 93-96. doi: 10.13206/j.gjg.201702021
摘要:
结合实际工程,介绍了在超高层内爬式动臂塔吊底部搭设封闭安全防护平台,解决了塔吊洞口下方人员施工的安全问题,保证了该项目的顺利施工。
基于顶推法的钢箱梁高位落梁技术研究
魏华, 刘红钊, 王子山, 邹宇, 王海军
2017, 32(2): 97-101. doi: 10.13206/j.gjg.201702022
摘要:
在利用即有桥墩作为顶推设备的支承平台进行顶推施工中,梁体在顶推到位后存在高位落梁的情况。由于钢箱梁具有跨径长、质量大,对落梁技术要求高的特点,需要对落梁过程中梁体进行受力分析以避免梁体的损坏。以后丁香三号钢箱梁桥为例,提出了一种交替式落梁工法——使用不同的设备分阶段交替式落梁。最后应用ABAQUS有限元软件对落梁过程进行力学性能分析的结果表明:该落梁方法安全可靠,满足落梁时结构的强度和局部稳定性等受力要求。
锅炉焊接中窄间隙埋弧焊脱渣技术
王鑫, 魏爱玲, 郝贵敏
2017, 32(2): 102-104. doi: 10.13206/j.gjg.201702023
摘要:
根据实际生产经验总结出使用窄间隙埋弧焊焊接锅炉时坡口脱渣的解决办法。结合实际生产案例,介绍了使用相关脱渣手段的典型锅炉环缝的生产过程及焊缝性能测试结果。
防火与防腐
钢管混凝土柱-钢梁穿筋节点抗火分析
陈华伟, 殷福新
2017, 32(2): 105-109. doi: 10.13206/j.gjg.201702024
摘要:
采用ABAQUS分别建立3个方钢管混凝土柱以及6个钢管混凝土柱-钢梁穿筋节点的模型,分析了在温度作用、竖向荷载和水平荷载作用下荷载比、钢筋强度、含钢率、轴压比等参数对穿筋节点的影响规律。研究表明:荷载比、含钢率和轴压比对耐火极限和临界温度影响较大,钢筋强度几乎无影响。