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2017年  第32卷  第3期

科研开发
不同中部连接的多层钢框架连体结构动力响应研究
包恩和, 王天成, 孙凌云, 曹邕生
2017, 32(3): 1-6. doi: 10.13206/j.gjg.201703001
摘要:
以基本周期、首层剪重比为主要控制参数,建立3个不同强度和刚度的多层规则钢框架单体模型,并于中部采用不同形式的连接以形成连体模型,在弹塑性时程分析下,研究模型的动力响应机理。结果表明:各模型的层反应、连体模型的强侧刚度与强度足够大时,不同形式中部连接对强侧均有连接效果,而弱侧的连接效果不明显,而连体模型强侧相对弱时,连接构件对连体模型无明显的连接效果;各连体模型整体强度越高,塑性变形能量总和越小,同模型不同连接形式时的塑性变形能量总和依次为:梁式连接>梁+楼板式连接>层式连接;连接构件的动力响应,梁式连接的连接构件有较大的轴力,而梁+楼板式连接构件的轴力接近于零。
自复位两边连接钢板剪力墙工作性能分析
陈麟, 罗小奇, 吴珊瑚, 周云
2017, 32(3): 7-12. doi: 10.13206/j.gjg.201703002
摘要:
自复位钢板剪力墙是将后张拉节点和薄钢板剪力墙相结合而构成的一种新型抗侧力体系。后张拉梁-柱节点和柱脚节点提供复位能力,减小结构震后残余变形,内填钢板则是主要的抗侧力元件和耗能元件。内填钢板只与钢梁连接可以减小对边框柱的需求,消除节点开口在钢板角部的应力集中,从而避免了钢板角部撕裂。建立自复位两边连接钢板剪力墙有限元模型进行水平加载分析,研究内填钢板和边缘框架的相互作用,并与自复位四边连接钢板剪力墙的工作性能进行对比分析。分析结果表明,与自复位四边连接钢板剪力墙相比,钢板两边连接的自复位钢板墙具有更好的复位能力,但强度、刚度和耗能能力较小。
部分包裹型钢混凝土框架结构抗震性能数值模拟研究
吴平川, 谢露露, 郭飞鹏
2017, 32(3): 13-15. doi: 10.13206/j.gjg.201703003
摘要:
为了研究不同因素对部分包裹混凝土柱(PEC柱)-型钢梁框架组合结构抗震性能的影响,利用大型通用有限元分析软件ABAQUS,对其进行了非线性静力数值模拟研究,以轴压比、系杆间距为主要参数,模拟分析了在上述参数变化情况下该结构的滞回曲线、骨架曲线、延性以及耗能能力。结果表明:PEC柱-型钢梁框架组合结构抗震性能良好,该模拟研究为以后试验研究提供了合理的理论依据和参考,具有一定的学术和工程应用价值。
不同偏心距下内外刚性法兰压弯承载力性能试验研究
陈勇, 陈聪, 薛滨, 张文杰, 郭勇, 王激扬, 孙炳楠
2017, 32(3): 16-22. doi: 10.13206/j.gjg.201703004
摘要:
通过改变偏心距,对内外刚性法兰在压弯组合荷载下的承载力性能进行了试验研究。利用有限元方法对其力学特性进行了数值仿真分析,并与试验结果进行比较验证,确定力学模型。根据此模型及平截面假定,进行了内外法兰承载力的理论分析。将规范方法应用于内外法兰得到的结果与试验、数值仿真及理论分析结果一致,规范方法得到的螺栓拉力对应于螺栓屈服状态。理论分析和试验表明,极限状态时法兰大偏心受压会出现法兰破坏,而小偏心下为钢管破坏。
Q460高强型钢-混凝土组合柱抗震性能试验研究
龚超, 侯兆新, 王玉银, 杨怡亭, 李国强, 邱林波
2017, 32(3): 23-27. doi: 10.13206/j.gjg.201703005
摘要:
Q460钢是能够满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》屈强比和延伸率要求的高强度建筑结构用钢,对Q460高强型钢-混凝土组合短柱抗震性能进行试验研究,通过2根Q460高强型钢-混凝土柱1∶3缩尺模型的滞回性能试验,对Q460高强型钢-混凝土柱的承载力、刚度、延性和耗能性能等抗震性能指标进行研究。结果表明,Q460高强型钢-混凝土组合短柱在试验中表现出优良的抗震性能,试件层间弹性位移角和弹塑性位移角平均值分别为1/87、1/25,优于GB 50011—2010对于多高层钢结构在多遇和罕遇地震下的要求。
基于梁式试验与推出试验的栓钉连接件荷载-滑移关系对比研究
修洪亮, 王景全, 李明
2017, 32(3): 28-35. doi: 10.13206/j.gjg.201703006
摘要:
为比较基于梁式试验与推出试验得到的栓钉连接件荷载-滑移关系,在定性理论分析的基础上,建立两种试验的精细化有限元模型并进行了试验验证,运用有限元模型分析两种试验中栓钉连接件的受力状态,比较栓钉连接件的抗剪承载力和剪切刚度。结果表明,在弹性阶段,梁式试验中栓钉连接件处于双向受压状态,栓钉连接件所受掀起力较小,剪切刚度比推出试验高;在极限状态下,梁式试验中栓钉连接件所受掀起力大,栓钉连接件的抗剪承载力较推出试验低。建议当采用推出试验获得栓钉连接件的荷载-滑移关系时,应考虑将栓钉连接件的抗剪承载力进行适当折减,而剪切刚度不予折减。
全装配式组合螺栓连接节点抗震性能研究
马强强, 王燕, 杨松森, 刘秀丽
2017, 32(3): 36-40. doi: 10.13206/j.gjg.201703007
摘要:
基于方钢管柱与H型钢梁装配式连接节点试验,通过改变内套筒与方钢管柱的安装间隙,建立有限元分析模型,针对节点试件在低周往复荷载作用下的破坏模式、耗能能力、承载力、延性、刚度退化等抗震性能进行分析。结果表明:装配式梁柱内套筒组合螺栓连接节点承载力高,延性大且耗能能力强,具有良好的抗震性能;增大内套筒厚度,可提高节点承载力;方钢管柱受对穿螺栓贯穿截面连接效应影响,在往复荷载作用下柱壁出现"对称凹屈"现象,随后梁端出现塑性铰发生破坏,表明采用组合螺栓可以满足连接节点的转动刚度需求;内套筒与方钢管柱安装间隙对节点力学性能有较大影响。
超高层建筑施工整体钢平台钢梁螺栓节点刚度影响因素研究
朱佳伟, 赵金城, 黄玉林
2017, 32(3): 41-46. doi: 10.13206/j.gjg.201703008
摘要:
为研究模块化整体钢平台钢梁间连接节点刚度的影响因素,对8个不同构造的主次梁螺栓连接节点进行有限元数值模拟,并通过试验与有限元模拟结果进行对比验证。分析了螺栓规格、节点螺栓数量以及翼缘连接等因素对主次梁螺栓连接节点抗弯刚度的影响。研究结果表明:螺栓孔间隙减小、螺栓个数增加、翼缘连接设置可提高钢平台主次梁螺栓连接节点的抗弯刚度。根据数值模拟结果,对整体钢平台标准化以及主次梁螺栓连接节点构造提出建议。
BS700对焊槽钢焊接残余应力分布及影响因素研究
高磊, 白林越, 江克斌
2017, 32(3): 47-51. doi: 10.13206/j.gjg.201703009
摘要:
以BS700对焊槽钢结构为研究对象,对其加工成型后的焊接残余应力分布规律及其影响因素进行研究。研究结果表明:对焊槽钢结构中的焊接残余应力分布以纵向残余拉应力为主,会严重影响对焊槽钢结构的稳定性和疲劳性能;两条焊缝的纵向残余应力分布虽然均处于拉应力区域,第2条焊缝焊趾处的纵向残余应力峰值更高;在等截面边长结构中的截面边长变化和非等截面边长结构中的长宽比变化主要对对焊槽钢结构中的横向残余应力分布产生影响,对结构中的纵向残余应力分布影响不大;槽钢壁厚的变化会显著影响结构中的横向、纵向焊接残余应力值,在槽钢尺寸设计过程中,应选取适当壁厚的槽钢,以减小焊接残余应力对对焊槽钢结构的影响。
工程设计
喀什体育馆钢结构设计
王燕燕, 杨剑维, 陶礼龙, 邹恩葵
2017, 32(3): 52-55. doi: 10.13206/j.gjg.201703010
摘要:
新疆喀什体育馆A区的钢结构屋盖平面呈马鞍形,长轴为105.571 m,短轴为89.768 m,周边支承在32根型钢混凝土柱顶。钢桁架与型钢混凝土柱通过弹性球形钢支座连接,与型钢混凝土柱相互约束,共同承担竖向荷载,抵抗水平荷载作用。介绍了钢屋盖的结构特点和设计参数,分析了钢结构设计中温度作用对结构的影响,钢结构和主体结构的整体模态分析,并从主要杆件的应力比、钢屋盖的竖向位移和支座的设置等多方面验证钢结构屋盖的安全、可靠。
某80 m跨钢管桁架结构设计关键问题分析
高仲学, 任宏峰, 范圣刚
2017, 32(3): 56-60. doi: 10.13206/j.gjg.201703011
摘要:
以某试验厅80 m跨管桁架结构为例,对单榀管桁架进行参数化分析,并对整体结构进行弹性时程分析和关键节点的有限元分析。结果表明,结构是安全可靠的。同时,主桁架的参数化设计可以为截面选型提供参考,以确定合理的结构布置。
“中华眼”摩天轮整体结构设计与模拟分析
张凌云, 张鹏, 李东辉, 李志强
2017, 32(3): 61-65. doi: 10.13206/j.gjg.201703012
摘要:
"中华眼"摩天轮高179 m,轮缘直径170 m,位于深圳锦绣中华·民俗村,是一座巨型摩天轮。该摩天轮采用纯钢索结构形式,运用大型通用有限元软件ANSYS 14.5对摩天轮整体结构进行有限元分析,并计算了两种复杂工况下结构的刚度、强度和稳定性。结果表明:均满足摩天轮结构设计要求。
某大型复杂网架结构的缺陷分析
武君君, 李亮, 李贺贺
2017, 32(3): 66-69. doi: 10.13206/j.gjg.201703013
摘要:
为了更加有效地对网架结构质量进行评估,通过查阅近年来国内有关钢网架缺陷鉴定的相关文献,并结合工程实例,进一步阐明网架结构缺陷的类型和原因。分析表明,现场测量的途径和分析计算的方法都直接影响着对网架质量进行评估的合理性。因此,优化分析方法,提高计算数据的真实性对缺陷分析至关重要。
炼铁高炉空间钢结构系统动力特性研究
徐善华, 李柔, 李芬
2017, 32(3): 70-73. doi: 10.13206/j.gjg.201703014
摘要:
借助通用有限元软件SAP 2000,建立高炉框架、旋流除尘器及粗煤气系统三维空间模型,对高炉空间钢结构系统进行静力分析,得到其各荷载工况下的内力及变形;利用反应谱法和线性时程分析方法对高炉框架系统的地震反应进行分析,得到高炉框架系统的地震反应规律。
中空夹层钢管混凝土试验与设计
周兴扬, 邢月龙, 王军, 陈驹, 郭勇
2017, 32(3): 74-77. doi: 10.13206/j.gjg.201703015
摘要:
对中空夹层钢管混凝土构件进行了加载试验研究,该试件由内外十二边形钢管之间灌注混凝土而成,试件分别受轴力和弯矩作用。通过试验获得了试件的破坏模式和极限承载力,试验结果表明,内外钢管均会发生受压局部屈曲,与相关规范公式和已有公式的计算结果进行比较,中空夹层钢管混凝土构件已在实际工程中得到成功应用,取得了良好的经济效益。
基于有限元法的钢结构辅助吊装构件力学性能分析
凌莉群
2017, 32(3): 78-81. doi: 10.13206/j.gjg.201703016
摘要:
超高层钢结构通常采用焊接吊耳或者钢扁担辅助吊装,针对此类辅助吊装构件进行了设计和吊点布置,并采用有限元法分析其受力。重、轻型构件吊耳吊孔最大变形量基本为零,拉应力和压应力的最大值均小于Q345钢的强度设计值,满足吊装要求。钢扁担应力最大值20 MPa,小于抗剪强度设计值195 MPa;钢扁担吊耳吊孔拉应力和压应力的最大值均小于Q345钢的强度设计值,满足吊装要求。
单向索的索端弹簧刚度和索截面估算方法
吴宏康, 卓新
2017, 32(3): 82-85. doi: 10.13206/j.gjg.201703017
摘要:
为了得到弹簧刚度和索截面面积的估算方法,针对含索端弹簧的单向单层索网幕墙的受力特点,引入两个假定,并利用结构力学原理,推导得到其工作状态下的内力、挠度的求解算式。结合索端弹簧刚度减小,会引起索中轴力减小和跨中挠度增大的特点,综合考虑相关规范的规定,推导得出3种不同情况下的索端弹簧刚度及索截面的快速计算式,并且总结了索端弹簧刚度、外荷载、索长对索截面、索初应变取值的影响规律。
加工制作
折线型双节点整体主桁制作工艺研究
张阔
2017, 32(3): 86-92. doi: 10.13206/j.gjg.201703018
摘要:
目前我国整体节点铁路钢桥主桁全部采用加长上弦杆靠拼接板错孔起拱工艺制作,沪通长江大桥主航道桥主桁采用一种新型工艺即系统线在上、下弦杆节点板处预起拱,这种方法降低了工地安装架设的难度。依据沪通长江大桥主航道桥主桁的结构特点、制作工艺要求,着重介绍阐述沪通长江大桥主航道桥主桁的制作工艺,提出制造工艺中的控制要点和具体控制措施。依据该制作工艺沪通长江大桥主航道桥主桁顺利制作完成。
核电站环形起重机桥架制作防变形工艺分析
姚锦鸿, 王伟波
2017, 32(3): 93-96. doi: 10.13206/j.gjg.201703019
摘要:
反应堆厂房环形起重机是核电站核岛内最大的钢结构设备,对于环吊桥架结构的设备制作,变形是制作厂的控制难点,也是关键技术。总结和分析前期制作过程中的经验,通过对CPR1000型号核电站的环吊关键部件桥架的工艺技术要点和对影响钢结构变形因素的分析,制定了对应的防变形工艺控制措施,并通过采用有效检查方法得到较好的结果。
施工技术
超高层建筑结构环带桁架施工安装仿真分析
王斌, 张春生, 王文达, 王景玄
2017, 32(3): 97-102. doi: 10.13206/j.gjg.201703020
摘要:
环带桁架作为现代巨型超高层建筑结构不可缺少的一部分,起着举足轻重的作用,为了分析环带桁架不同安装方法的合理性,以某实际工程为背景,应用ABAQUS有限元软件建立环带桁架模型,对整体吊装法和分段安装法进行不同方案的对比分析,并考虑了安装过程中初始缺陷的影响。结果表明:整体吊装结构的质量较大,对起重机要求较高,安装过程中结构变形较小;初始几何缺陷对桁架的施工力学性能造成一定的影响,当缺陷值达到一定值时,桁架局部屈服,因此建议严格按照相关规范施工,避免缺陷的出现;分段安装过程中,因不同的安装技术路线对应不同的施工应力路径,施工时针对不同的施工方案应采取不同措施应对施工过程中的应力和位移的增大,以免造成施工事故。
南开大学大学生活动中心施工模拟与监测
赵欣, 关宇, 谭品峰, 母瑞强, 邓彦聪
2017, 32(3): 103-108. doi: 10.13206/j.gjg.201703021
摘要:
南开大学大学生活动中心结构采用特殊的"扁担式"悬挑结构形式,分为张拉侧和悬臂侧,最大悬臂长度为22.75 m。施工工况分为立柱拆除临时支撑、立柱张拉以及胎架拆除,利用MIDAS有限元软件对施工各工况进行了数值模拟,并与现场监测采集的数据进行了对比分析。模拟计算理论值与实测数据吻合较好,验证了分析此类结构施工过程中有限元分析所采用的计算模型和方法的可行性,以确定结构在施工完成后能否达到设计要求的受力状态。
捞刀河景观桥施工技术
邓海, 闵岚, 孙一, 杨成刚
2017, 32(3): 109-112. doi: 10.13206/j.gjg.201703022
摘要:
根据捞刀河景观桥的结构受力特点,采用了跨桥龙门吊的施工方法,即先吊装钢箱梁,然后吊装主、副拱。为增加外倾主拱和内倾副拱的稳定性而设置了临时支撑,最后采用同步张拉吊杆,拆除临时支撑后完成了体系的转换。结果表明此方案安全、高效。
防火与防腐
X100钢管腐蚀剩余强度评价方法研究
王秋妍, 顾晓婷, 吴毅琦, 孙萍萍
2017, 32(3): 113-116. doi: 10.13206/j.gjg.201703023
摘要:
为满足长输油气管道经济性的需求,钢管向着超高级别的方向发展,因此对X100、X120等超高级别钢管的安全性评估具有重要意义。介绍了Modified B31G规范、DNV-RP-F101规范和PCORRC方法中腐蚀管道剩余强度的评价方法,并用这3种方法与有限元法对13组含腐蚀缺陷X100钢管爆破试验数据进行计算分析,定量分析两种参数对失效压力的影响。结果表明,有限元模型预测结果准确性和数据集中性好,适用于X100腐蚀钢管剩余强度的评价。Modified B31G规范和PCORRC方法均有不同的适用范围,而DNV-RP-F101规范已完全不适用。建议在工程实际中遇到Modified B31G规范和PCORRC方法不适用的情况时采用有限元方法。