登录
注册
2018年 第33卷 第12期
2018, 33(12): 1-5.
doi: 10.13206/j.gjg.201812001
摘要
摘要:
基于国内外公开文献,梳理了模块化钢结构建筑模块间盖板螺栓连接、铸钢节点连接、预应力连接、焊接连接和组合连接5种连接方法的最新研究进展,并使用层次分析法评价了5种连接方法在安全性、便利性、敏感性和经济性下的综合表现。最后在分析和比较的基础上,指出目前模块间连接节点存在的问题,并对下一步研究工作的开展提出了建议。
基于国内外公开文献,梳理了模块化钢结构建筑模块间盖板螺栓连接、铸钢节点连接、预应力连接、焊接连接和组合连接5种连接方法的最新研究进展,并使用层次分析法评价了5种连接方法在安全性、便利性、敏感性和经济性下的综合表现。最后在分析和比较的基础上,指出目前模块间连接节点存在的问题,并对下一步研究工作的开展提出了建议。
2018, 33(12): 6-11.
doi: 10.13206/j.gjg.201812002
摘要:
支撑是铰接框架的重要组成部分,其与板式节点所组成支撑系统的抗震性能直接影响了整个框架支撑体系在地震作用下的反应。根据支撑截面宽厚比、支撑端部净距等参数,设计了5个装配式板式连接对角支撑的单层单跨铰接框架支撑结构的试验试件,通过伪静力试验,对其抗震性能进行了研究。结果表明:支撑深入节点板满足2t净距要求(t为板厚),且在一定范围内支撑宽厚比越小,试件的抗震性能越好;节点板上的支撑端部净距为负值时,支撑系统的耗能能力劣化,但仍可使装配式支撑节点具有高于支撑自身的低周疲劳寿命。由于支撑节点板的存在,将在相连的梁柱中产生附加弯矩,基于试验结果,给出了附加弯矩的取值建议。
支撑是铰接框架的重要组成部分,其与板式节点所组成支撑系统的抗震性能直接影响了整个框架支撑体系在地震作用下的反应。根据支撑截面宽厚比、支撑端部净距等参数,设计了5个装配式板式连接对角支撑的单层单跨铰接框架支撑结构的试验试件,通过伪静力试验,对其抗震性能进行了研究。结果表明:支撑深入节点板满足2t净距要求(t为板厚),且在一定范围内支撑宽厚比越小,试件的抗震性能越好;节点板上的支撑端部净距为负值时,支撑系统的耗能能力劣化,但仍可使装配式支撑节点具有高于支撑自身的低周疲劳寿命。由于支撑节点板的存在,将在相连的梁柱中产生附加弯矩,基于试验结果,给出了附加弯矩的取值建议。
2018, 33(12): 12-17.
doi: 10.13206/j.gjg.201812003
摘要:
针对云冈石窟第18窟等比例整体复制需求提出了贯通高强螺栓梁柱端板连接节点的方案,为研究该节点的受弯静力性能,对4个节点试件进行了单向静力加载试验研究,分析了节点构造、螺栓扳手类型、节点域柱加强等因素对端板连接承载力、受弯性能、节点刚度和变形特性的影响。试验结果表明:当方钢管梁柱厚度为2 mm时,采用扭矩扳手拧紧小直径高强螺栓较人工扳手拧紧能提高节点1.3%的抗弯承载力和11.2%的初始刚度,采用嵌套内芯加强节点域能提高节点25.9%的抗弯承载力,内芯与柱嵌套紧密度高时,试件节点的初始刚度提高7.5%;采用嵌套内芯加强节点域的试件较未采用嵌套内芯加强节点域的试件节点域受压区抵抗变形能力提高87.5%;试件采用与柱嵌套紧密度较高的内芯加强节点域,节点域得到有效加强,破坏模式是梁底钢管屈曲;建议采用嵌套内芯加强节点域,同时保障内芯与柱嵌套的紧密度和高强螺栓预紧度。
针对云冈石窟第18窟等比例整体复制需求提出了贯通高强螺栓梁柱端板连接节点的方案,为研究该节点的受弯静力性能,对4个节点试件进行了单向静力加载试验研究,分析了节点构造、螺栓扳手类型、节点域柱加强等因素对端板连接承载力、受弯性能、节点刚度和变形特性的影响。试验结果表明:当方钢管梁柱厚度为2 mm时,采用扭矩扳手拧紧小直径高强螺栓较人工扳手拧紧能提高节点1.3%的抗弯承载力和11.2%的初始刚度,采用嵌套内芯加强节点域能提高节点25.9%的抗弯承载力,内芯与柱嵌套紧密度高时,试件节点的初始刚度提高7.5%;采用嵌套内芯加强节点域的试件较未采用嵌套内芯加强节点域的试件节点域受压区抵抗变形能力提高87.5%;试件采用与柱嵌套紧密度较高的内芯加强节点域,节点域得到有效加强,破坏模式是梁底钢管屈曲;建议采用嵌套内芯加强节点域,同时保障内芯与柱嵌套的紧密度和高强螺栓预紧度。
2018, 33(12): 18-22.
doi: 10.13206/j.gjg.201812004
摘要:
现行北美冷弯型钢规范中直接强度法只适用于卷边C形、腹板加劲C形、Z形、R形和帽形这些截面形式较为简单的单肢截面,但并未涉及U形截面。为研究直接强度法对冷弯薄壁U型钢轴压短柱的适用性,采用ABAQUS非线性有限元分析了16种截面尺寸、4种厚度的64根试件,并对有限元模拟得到的极限承载力、部分学者试验结果进行回归,最终得到考虑U形截面屈曲后强度的局部屈曲承载力曲线。结果表明:现有的直接强度法公式计算结果偏于不安全,对现有的直接强度法公式进行了简单的修正,修正后的直接强度法计算式精度更高。
现行北美冷弯型钢规范中直接强度法只适用于卷边C形、腹板加劲C形、Z形、R形和帽形这些截面形式较为简单的单肢截面,但并未涉及U形截面。为研究直接强度法对冷弯薄壁U型钢轴压短柱的适用性,采用ABAQUS非线性有限元分析了16种截面尺寸、4种厚度的64根试件,并对有限元模拟得到的极限承载力、部分学者试验结果进行回归,最终得到考虑U形截面屈曲后强度的局部屈曲承载力曲线。结果表明:现有的直接强度法公式计算结果偏于不安全,对现有的直接强度法公式进行了简单的修正,修正后的直接强度法计算式精度更高。
2018, 33(12): 23-27.
doi: 10.13206/j.gjg.201812005
摘要:
针对波形钢腹板呼吸疲劳行为,开展了腹板剪切屈曲为控制失效模式的梁疲劳试验及有限元模拟,分析了相关疲劳裂纹开展模式、影响参数及疲劳强度。结果表明:腹板呼吸状态下波形钢腹板的疲劳裂纹均沿剪切屈曲所致最大面外变形方向扩展,同时波形钢腹板平直段与倾斜段交界部位也存在沿竖向疲劳裂纹扩展。剪切应力最大区域与试验梁疲劳裂纹萌生部位较为相近,可作为腹板呼吸效应板面控制因素;波形角对子板应力集中影响显著。采用平直腹板钢板梁的细节曲线可能高估呼吸状态下波形钢腹板梁的疲劳强度。合理考虑裂纹长度及应力集中的断裂力学方法对发生呼吸疲劳的波形钢腹板梁疲劳寿命预测较为有效。
针对波形钢腹板呼吸疲劳行为,开展了腹板剪切屈曲为控制失效模式的梁疲劳试验及有限元模拟,分析了相关疲劳裂纹开展模式、影响参数及疲劳强度。结果表明:腹板呼吸状态下波形钢腹板的疲劳裂纹均沿剪切屈曲所致最大面外变形方向扩展,同时波形钢腹板平直段与倾斜段交界部位也存在沿竖向疲劳裂纹扩展。剪切应力最大区域与试验梁疲劳裂纹萌生部位较为相近,可作为腹板呼吸效应板面控制因素;波形角对子板应力集中影响显著。采用平直腹板钢板梁的细节曲线可能高估呼吸状态下波形钢腹板梁的疲劳强度。合理考虑裂纹长度及应力集中的断裂力学方法对发生呼吸疲劳的波形钢腹板梁疲劳寿命预测较为有效。
2018, 33(12): 28-31.
doi: 10.13206/j.gjg.201812006
摘要:
为了研究螺钉间距对冷弯薄壁型钢(CFS)拼合箱形截面短柱承载力的影响,基于已有的试验结果,利用ABAQUS有限元软件建立经验证为合理可靠的有限元模型,设计4种截面尺寸双肢拼合箱形短柱进行变螺钉参数分析。结果表明:当螺钉间距小于C形基本构件局部屈曲半波长度λ_c时,随着螺钉间距的增大,拼合箱形截面短柱极限承载力呈下降趋势;当螺钉间距等于λ_c时,承载能力略微增大;当螺钉间距大于λ_c时,随着螺钉间距的增大,拼合箱形截面短柱极限承载力呈下降趋势。另外,CFS拼合箱形截面短柱承载力符合"1+1"约等于2的原则,即相对于单肢截面短柱,拼合箱形截面短柱承载力增强不明显。
为了研究螺钉间距对冷弯薄壁型钢(CFS)拼合箱形截面短柱承载力的影响,基于已有的试验结果,利用ABAQUS有限元软件建立经验证为合理可靠的有限元模型,设计4种截面尺寸双肢拼合箱形短柱进行变螺钉参数分析。结果表明:当螺钉间距小于C形基本构件局部屈曲半波长度λ_c时,随着螺钉间距的增大,拼合箱形截面短柱极限承载力呈下降趋势;当螺钉间距等于λ_c时,承载能力略微增大;当螺钉间距大于λ_c时,随着螺钉间距的增大,拼合箱形截面短柱极限承载力呈下降趋势。另外,CFS拼合箱形截面短柱承载力符合"1+1"约等于2的原则,即相对于单肢截面短柱,拼合箱形截面短柱承载力增强不明显。
2018, 33(12): 32-36.
doi: 10.13206/j.gjg.201812007
摘要:
通过设计6个半刚接钢框架-方钢管龙骨隔墙试件,并对其进行低周往复加载,得到滞回曲线及骨架曲线。分析各个试件的破坏过程、承载能力、抗侧刚度、延性和耗能能力,研究该结构体系的抗侧力性能。结果表明:适当减小方钢管间距可以提高结构的承载能力、抗侧刚度和耗能能力;增大方钢管截面尺寸可以显著提高结构的承载能力;OSB板对结构的承载能力和抗侧刚度贡献很大,而结构的耗能能力和延性主要由半刚接钢框架和方钢管骨架提供。根据刚度叠加原理,提出结构抗侧刚度简化计算式。
通过设计6个半刚接钢框架-方钢管龙骨隔墙试件,并对其进行低周往复加载,得到滞回曲线及骨架曲线。分析各个试件的破坏过程、承载能力、抗侧刚度、延性和耗能能力,研究该结构体系的抗侧力性能。结果表明:适当减小方钢管间距可以提高结构的承载能力、抗侧刚度和耗能能力;增大方钢管截面尺寸可以显著提高结构的承载能力;OSB板对结构的承载能力和抗侧刚度贡献很大,而结构的耗能能力和延性主要由半刚接钢框架和方钢管骨架提供。根据刚度叠加原理,提出结构抗侧刚度简化计算式。
2018, 33(12): 37-42.
doi: 10.13206/j.gjg.201812008
摘要:
建立精细的有限元模型对不锈钢焊接截面薄腹梁剪切屈曲性能进行数值模拟,并依据试验结果对模型进行验证。基于验证可靠的有限元模型,对构件局部几何初始缺陷、刚性封头肋板、不锈钢材料力学性能等关键参数开展系统分析。结合所得的数值计算结果和现有的试验数据,对我国GB 50017—2017《钢结构设计标准》和EN 1993-1-4+A1《欧洲不锈钢结构设计规范》中的抗剪承载力计算方法进行评估,在此基础上提出了可同时考虑腹板与翼缘的抗剪承载力以及刚性封头肋板等因素影响的承载力计算式。与试验和有限元计算结果比较表明:所建议的计算方法可以更加准确计算不锈钢焊接截面薄腹梁的剪切屈曲承载力。
建立精细的有限元模型对不锈钢焊接截面薄腹梁剪切屈曲性能进行数值模拟,并依据试验结果对模型进行验证。基于验证可靠的有限元模型,对构件局部几何初始缺陷、刚性封头肋板、不锈钢材料力学性能等关键参数开展系统分析。结合所得的数值计算结果和现有的试验数据,对我国GB 50017—2017《钢结构设计标准》和EN 1993-1-4+A1《欧洲不锈钢结构设计规范》中的抗剪承载力计算方法进行评估,在此基础上提出了可同时考虑腹板与翼缘的抗剪承载力以及刚性封头肋板等因素影响的承载力计算式。与试验和有限元计算结果比较表明:所建议的计算方法可以更加准确计算不锈钢焊接截面薄腹梁的剪切屈曲承载力。
2018, 33(12): 43-47.
doi: 10.13206/j.gjg.201812009
摘要:
以杆系简化模型作为钢-聚氨酯组合剪力墙的理论分析基础,提取结构屈曲时钢板与聚氨酯两种材料的应力状态。通过建立平衡方程、变形协调方程以及物理方程,化简得到组合剪力墙侧向刚度的理论计算式。然后,利用ANSYS有限元软件建立8组单层单跨组合剪力墙模型,分析它们的侧向刚度,并与计算刚度进行对比,最终验证理论计算式的正确性。
以杆系简化模型作为钢-聚氨酯组合剪力墙的理论分析基础,提取结构屈曲时钢板与聚氨酯两种材料的应力状态。通过建立平衡方程、变形协调方程以及物理方程,化简得到组合剪力墙侧向刚度的理论计算式。然后,利用ANSYS有限元软件建立8组单层单跨组合剪力墙模型,分析它们的侧向刚度,并与计算刚度进行对比,最终验证理论计算式的正确性。
2018, 33(12): 48-51.
doi: 10.13206/j.gjg.201812010
摘要:
为研究反复荷载作用下钢-混凝土组合结构PBL剪力键的疲劳损伤演变及破坏机理,以开孔直径、钢板厚度和贯穿钢筋直径为影响参数,设计3因素2水平的正交试验模型,完成6组24个PBL剪力键模型疲劳试验。以相对滑移量为指标,研究了PBL剪力键的疲劳破坏机理,建立了疲劳荷载与疲劳寿命之间S-N关系曲线,讨论了PBL剪力键构造参数和疲劳荷载对其疲劳性能的影响。
为研究反复荷载作用下钢-混凝土组合结构PBL剪力键的疲劳损伤演变及破坏机理,以开孔直径、钢板厚度和贯穿钢筋直径为影响参数,设计3因素2水平的正交试验模型,完成6组24个PBL剪力键模型疲劳试验。以相对滑移量为指标,研究了PBL剪力键的疲劳破坏机理,建立了疲劳荷载与疲劳寿命之间S-N关系曲线,讨论了PBL剪力键构造参数和疲劳荷载对其疲劳性能的影响。
2018, 33(12): 52-55.
doi: 10.13206/j.gjg.201812011
摘要:
通过疲劳试验以及有限元软件ABAQUS,对含中心斜裂纹钢板的疲劳性能进行了研究,分析了初始裂纹角度对钢板疲劳寿命的影响。试验共设计了6个试件,包括未修复和碳纤维增强复合材料(CFRP)单面修复两种类型,涉及0°、30°和60°3种初始裂纹角度。通过比较不同初始裂纹角度的试验结果,研究了其对含中心斜裂纹钢板疲劳寿命的影响,试验结果表明:当初始裂纹在钢板宽度方向上的投影长度相同时,初始裂纹角度对未修复和单面修复试件的疲劳寿命无明显影响。提出了一种简化的疲劳裂纹扩展预测方法,应用ABAQUS模拟了初始裂纹角度分别为0°,15°,30°,45°和60°的钢板的疲劳裂纹扩展,并将数值模拟结果与试验结果进行了对比,吻合情况良好,说明提出的简化模型可应用于工程预测。
通过疲劳试验以及有限元软件ABAQUS,对含中心斜裂纹钢板的疲劳性能进行了研究,分析了初始裂纹角度对钢板疲劳寿命的影响。试验共设计了6个试件,包括未修复和碳纤维增强复合材料(CFRP)单面修复两种类型,涉及0°、30°和60°3种初始裂纹角度。通过比较不同初始裂纹角度的试验结果,研究了其对含中心斜裂纹钢板疲劳寿命的影响,试验结果表明:当初始裂纹在钢板宽度方向上的投影长度相同时,初始裂纹角度对未修复和单面修复试件的疲劳寿命无明显影响。提出了一种简化的疲劳裂纹扩展预测方法,应用ABAQUS模拟了初始裂纹角度分别为0°,15°,30°,45°和60°的钢板的疲劳裂纹扩展,并将数值模拟结果与试验结果进行了对比,吻合情况良好,说明提出的简化模型可应用于工程预测。
2018, 33(12): 56-62.
doi: 10.13206/j.gjg.201812012
摘要:
采用分割法对国产Q460C、Q690D和Q960D 3种高强度钢沿焊接H形截面纵向分布的残余应力进行了测量,以研究钢材强度、板件宽厚比、板件厚度、焊缝类型和焊接工艺等因素对残余应力分布的影响。板件厚度选用10 mm和20 mm,板件边缘采用火焰切割,焊缝类型为对接与角接组合焊缝(K型熔透焊缝)和角焊缝,焊接方式为CO_2气体保护焊和埋弧焊。试验结果表明:在所介绍的焊接工艺下,板件的残余应力值与钢材名义屈服强度无直接关系;翼缘焊缝区域的最大残余拉应力值与板件宽厚比无关;翼缘和腹板的残余压应力值分别随着板件宽厚比和板厚的增大而减小;翼缘和腹板的残余压应力值随着与焊缝区域距离的增大而呈现先增大后减小的趋势,部分转变为残余拉应力;焊缝类型和焊接工艺通过影响热源输入点的位置和深度而影响残余应力值。
采用分割法对国产Q460C、Q690D和Q960D 3种高强度钢沿焊接H形截面纵向分布的残余应力进行了测量,以研究钢材强度、板件宽厚比、板件厚度、焊缝类型和焊接工艺等因素对残余应力分布的影响。板件厚度选用10 mm和20 mm,板件边缘采用火焰切割,焊缝类型为对接与角接组合焊缝(K型熔透焊缝)和角焊缝,焊接方式为CO_2气体保护焊和埋弧焊。试验结果表明:在所介绍的焊接工艺下,板件的残余应力值与钢材名义屈服强度无直接关系;翼缘焊缝区域的最大残余拉应力值与板件宽厚比无关;翼缘和腹板的残余压应力值分别随着板件宽厚比和板厚的增大而减小;翼缘和腹板的残余压应力值随着与焊缝区域距离的增大而呈现先增大后减小的趋势,部分转变为残余拉应力;焊缝类型和焊接工艺通过影响热源输入点的位置和深度而影响残余应力值。
2018, 33(12): 63-67.
doi: 10.13206/j.gjg.201812013
摘要:
介绍一种新型旋转盘扣式支架,并对单跨四步竖向支架体系进行了静力加载试验。通过试验研究,得到各层不同类型杆件的内力变化和竖向支架的位移变化数据。研究分析整体竖向支架各层不同类型杆件的内力传递途径、破坏模式,并绘制荷载-位移曲线图和荷载-应变曲线,对竖向支架的性能进行了综合评估。采用ANSYS软件建立支架结构有限元模型,通过对有限元模型考虑初始缺陷和调整结构刚度进行分析,得到与试验结果较吻合的数值分析模型。研究表明:新型旋转盘扣式竖向支架承载力高于传统扣件式脚手架,且有良好的经济效益。
介绍一种新型旋转盘扣式支架,并对单跨四步竖向支架体系进行了静力加载试验。通过试验研究,得到各层不同类型杆件的内力变化和竖向支架的位移变化数据。研究分析整体竖向支架各层不同类型杆件的内力传递途径、破坏模式,并绘制荷载-位移曲线图和荷载-应变曲线,对竖向支架的性能进行了综合评估。采用ANSYS软件建立支架结构有限元模型,通过对有限元模型考虑初始缺陷和调整结构刚度进行分析,得到与试验结果较吻合的数值分析模型。研究表明:新型旋转盘扣式竖向支架承载力高于传统扣件式脚手架,且有良好的经济效益。
2018, 33(12): 68-73.
doi: 10.13206/j.gjg.201812014
摘要:
提出一种由中部削弱的方钢管与十字芯板组成的金属阻尼器,对阻尼器的构造、制作方法及工作原理进行阐述,建立了有限元模型,研究了高度、宽度、厚度、削弱程度对阻尼器力学性能的影响。结果表明:合理设计的方钢管阻尼器既具有较大的刚度和承载力,又具有优秀的延性和耗能性能。最后给出阻尼器各参数的取值范围。
提出一种由中部削弱的方钢管与十字芯板组成的金属阻尼器,对阻尼器的构造、制作方法及工作原理进行阐述,建立了有限元模型,研究了高度、宽度、厚度、削弱程度对阻尼器力学性能的影响。结果表明:合理设计的方钢管阻尼器既具有较大的刚度和承载力,又具有优秀的延性和耗能性能。最后给出阻尼器各参数的取值范围。
2018, 33(12): 74-76.
doi: 10.13206/j.gjg.201812015
摘要:
针对拉林铁路藏木雅鲁藏布江大桥,研发了耐候钢高强度螺栓。为避免其发生因氢脆导致的延迟断裂,开展了气泡法和应力持久法对耐候钢高强度螺栓的氢脆敏感性进行试验分析。试验结果显示:1)耐候钢高强度螺栓内的氢含量明显小于35VB高强度螺栓内的氢含量,氢脆敏感性显著低于35VB高强度螺栓。2)在耐候高强度螺栓的生产中采用去氢工艺能够明显降低其内部的氢含量,并有效地降低耐候钢高强度螺栓的氢脆敏感性。
针对拉林铁路藏木雅鲁藏布江大桥,研发了耐候钢高强度螺栓。为避免其发生因氢脆导致的延迟断裂,开展了气泡法和应力持久法对耐候钢高强度螺栓的氢脆敏感性进行试验分析。试验结果显示:1)耐候钢高强度螺栓内的氢含量明显小于35VB高强度螺栓内的氢含量,氢脆敏感性显著低于35VB高强度螺栓。2)在耐候高强度螺栓的生产中采用去氢工艺能够明显降低其内部的氢含量,并有效地降低耐候钢高强度螺栓的氢脆敏感性。
2018, 33(12): 77-81.
doi: 10.13206/j.gjg.201812016
摘要:
提出一种新型多层钢结构装配式体系(STAF):采用L形钢桁架柱代替传统钢柱,梁和桁架柱采用刚性连接和螺栓连接结合的形式,STAF体系具有装配施工快、不易锈蚀、不突出墙面和建筑平面规则等优势。首先利用有限元软件ANSYS对单个L形钢桁架柱进行数值分析,研究L形桁架柱的截面边宽、腹杆构形和分肢间区格数对承载力和抗侧刚度的影响。研究表明:截面边宽对桁架柱的抗侧刚度影响较大;腹杆的构造形式有一定影响;而区格数增加的影响不明显。其次,采用静力弹塑性方法对新型钢结构体系进行数值分析,与传统钢结构进行对比,研究发现:新型结构体系的承载能力虽然低于传统钢结构,但延性明显提高,并且随铰接数量的增多,结构的延性性能也随之提高。
提出一种新型多层钢结构装配式体系(STAF):采用L形钢桁架柱代替传统钢柱,梁和桁架柱采用刚性连接和螺栓连接结合的形式,STAF体系具有装配施工快、不易锈蚀、不突出墙面和建筑平面规则等优势。首先利用有限元软件ANSYS对单个L形钢桁架柱进行数值分析,研究L形桁架柱的截面边宽、腹杆构形和分肢间区格数对承载力和抗侧刚度的影响。研究表明:截面边宽对桁架柱的抗侧刚度影响较大;腹杆的构造形式有一定影响;而区格数增加的影响不明显。其次,采用静力弹塑性方法对新型钢结构体系进行数值分析,与传统钢结构进行对比,研究发现:新型结构体系的承载能力虽然低于传统钢结构,但延性明显提高,并且随铰接数量的增多,结构的延性性能也随之提高。
2018, 33(12): 82-88.
doi: 10.13206/j.gjg.201812017
摘要:
通过MIDAS FEA建立波形钢腹板组合箱梁的有限元模型,研究了加劲肋的宽度、厚度、布置的数量以及布置方式对波形钢腹板组合箱梁抗扭性能的影响。结果表明:波形钢腹板插入加劲肋可以对波形钢腹板组合箱梁的抗扭性能有较大提高;增大加劲肋的板厚、板宽以及增大加劲肋布置的数量可以提高波形钢腹板组合箱梁的抗扭性能;相同宽度、高度、厚度的波形钢腹板加劲肋,采用双面布置会降低波形钢腹板组合箱梁的抗扭性能。
通过MIDAS FEA建立波形钢腹板组合箱梁的有限元模型,研究了加劲肋的宽度、厚度、布置的数量以及布置方式对波形钢腹板组合箱梁抗扭性能的影响。结果表明:波形钢腹板插入加劲肋可以对波形钢腹板组合箱梁的抗扭性能有较大提高;增大加劲肋的板厚、板宽以及增大加劲肋布置的数量可以提高波形钢腹板组合箱梁的抗扭性能;相同宽度、高度、厚度的波形钢腹板加劲肋,采用双面布置会降低波形钢腹板组合箱梁的抗扭性能。
2018, 33(12): 89-92.
doi: 10.13206/j.gjg.201812018
摘要:
目前关于波形钢腹板组合箱梁的挠度研究,多以直线箱梁为主,而对于曲线箱梁的挠度研究甚少。通过对弹性阶段的波形钢腹板组合曲线箱梁CCBG(CSWs)的挠度值进行试验研究,分析在两点对称加载和单点偏心加载工况下,CCBG(CSWs)的挠度值的变化规律,结合数值模拟进行对比,结果表明:CCBG(CSWs)的荷载-位移曲线,在不同的工况和不同截面下,挠度值都随着荷载的变化呈线性关系;相同的荷载作用下,随着截面的变化,挠度值呈现出先增大后减少趋势,而跨中的竖向挠度最大;外侧挠度整体曲线呈现出"U"型,内侧挠度整体曲线为倒"V"型;相同条件下,曲线梁的外侧挠度值大于内侧挠度值;模拟值和实测值比较接近,有效地验证了模型的可靠性。
目前关于波形钢腹板组合箱梁的挠度研究,多以直线箱梁为主,而对于曲线箱梁的挠度研究甚少。通过对弹性阶段的波形钢腹板组合曲线箱梁CCBG(CSWs)的挠度值进行试验研究,分析在两点对称加载和单点偏心加载工况下,CCBG(CSWs)的挠度值的变化规律,结合数值模拟进行对比,结果表明:CCBG(CSWs)的荷载-位移曲线,在不同的工况和不同截面下,挠度值都随着荷载的变化呈线性关系;相同的荷载作用下,随着截面的变化,挠度值呈现出先增大后减少趋势,而跨中的竖向挠度最大;外侧挠度整体曲线呈现出"U"型,内侧挠度整体曲线为倒"V"型;相同条件下,曲线梁的外侧挠度值大于内侧挠度值;模拟值和实测值比较接近,有效地验证了模型的可靠性。
2018, 33(12): 93-97.
doi: 10.13206/j.gjg.201812019
摘要:
为探究影响方钢管柱-H型钢梁外加强环式不等高梁节点域力学性能的参数,以梁高比、柱宽厚比、轴压比、梁翼缘宽厚比、梁柱宽厚比和节点域高宽比为分析参数,采用有限元分析软件ABAQUS,在对比已有试验结果验证有限元模型可靠性的前提下,对节点模型进行了单向位移加载下非线性数值模拟分析。研究结果表明:柱宽厚比对不等高梁节点域剪切初始刚度有明显影响;梁高比、柱宽厚比和梁翼缘宽厚比对节点域的变形能力有一定影响;梁高比和柱宽厚比对不等高梁节点域的剪切承载力影响较大。
为探究影响方钢管柱-H型钢梁外加强环式不等高梁节点域力学性能的参数,以梁高比、柱宽厚比、轴压比、梁翼缘宽厚比、梁柱宽厚比和节点域高宽比为分析参数,采用有限元分析软件ABAQUS,在对比已有试验结果验证有限元模型可靠性的前提下,对节点模型进行了单向位移加载下非线性数值模拟分析。研究结果表明:柱宽厚比对不等高梁节点域剪切初始刚度有明显影响;梁高比、柱宽厚比和梁翼缘宽厚比对节点域的变形能力有一定影响;梁高比和柱宽厚比对不等高梁节点域的剪切承载力影响较大。
2018, 33(12): 98-102.
doi: 10.13206/j.gjg.201812020
摘要:
对1个T型钢连接的空间角柱节点进行拟静力试验研究,在此基础上采用有限元软件ABAQUS对4个由不同厚度T型钢连接的相同类型的节点进行数值模拟分析,研究节点试验结果与有限元计算结果的吻合程度,同时对比分析T型钢厚度变化对节点的承载能力、耗能能力、刚度退化情况以及延性性能等力学性能的影响。研究表明:试验结果与有限元模拟结果吻合较好,均表现出良好的抗震耗能能力;节点强轴方向的承载性能大于弱轴方向;增加T型钢的厚度可以提高节点的极限承载能力、耗能能力及延性性能,但对节点的刚度退化影响不大。
对1个T型钢连接的空间角柱节点进行拟静力试验研究,在此基础上采用有限元软件ABAQUS对4个由不同厚度T型钢连接的相同类型的节点进行数值模拟分析,研究节点试验结果与有限元计算结果的吻合程度,同时对比分析T型钢厚度变化对节点的承载能力、耗能能力、刚度退化情况以及延性性能等力学性能的影响。研究表明:试验结果与有限元模拟结果吻合较好,均表现出良好的抗震耗能能力;节点强轴方向的承载性能大于弱轴方向;增加T型钢的厚度可以提高节点的极限承载能力、耗能能力及延性性能,但对节点的刚度退化影响不大。
2018, 33(12): 103-107.
doi: 10.13206/j.gjg.201812021
摘要:
根据《矩形钢管构件自锁式单向高强螺栓连接设计规程》(报批稿)设计了重庆优顺标准厂房矩形钢管柱与H型钢梁平齐式端板单向螺栓节点,验算了各部件抗剪承载力,依据端板破坏原则验算了端板及柱壁厚度,保证了节点的抗弯承载力。计算了节点转动刚度,保证其能承受一定的偶然弯矩或次弯矩。节点ABAQUS模型的有限元与理论计算结果对比表明,对于交错排布的节点,理论结果偏于保守;其他节点的理论结果与有限元结果吻合较好,证明了理论计算方法的正确性。
根据《矩形钢管构件自锁式单向高强螺栓连接设计规程》(报批稿)设计了重庆优顺标准厂房矩形钢管柱与H型钢梁平齐式端板单向螺栓节点,验算了各部件抗剪承载力,依据端板破坏原则验算了端板及柱壁厚度,保证了节点的抗弯承载力。计算了节点转动刚度,保证其能承受一定的偶然弯矩或次弯矩。节点ABAQUS模型的有限元与理论计算结果对比表明,对于交错排布的节点,理论结果偏于保守;其他节点的理论结果与有限元结果吻合较好,证明了理论计算方法的正确性。
2018, 33(12): 108-113.
doi: 10.13206/j.gjg.201812022
摘要:
铸钢节点是树状柱结构承载的关键所在。为充分保证铸钢节点传力路径合理、承载力高且能克服传统设计带来的壁厚较大问题,提出一种拓扑优化与尺寸优化相结合的节点设计方法。利用拓扑优化获得满足强度与刚度要求的节点最优构型,通过截面尺寸优化减小节点壁厚,实现节点在满足承载力要求下的轻量化设计。在此基础上,结合某实际工程,进行具体优化设计。结果表明:经优化设计的铸钢节点与原节点相比,在正常使用状态下,最大应力降低8.97%,应力分布更加均匀,材料用量减少15.96%,且承载力满足要求,优化效果较为显著。
铸钢节点是树状柱结构承载的关键所在。为充分保证铸钢节点传力路径合理、承载力高且能克服传统设计带来的壁厚较大问题,提出一种拓扑优化与尺寸优化相结合的节点设计方法。利用拓扑优化获得满足强度与刚度要求的节点最优构型,通过截面尺寸优化减小节点壁厚,实现节点在满足承载力要求下的轻量化设计。在此基础上,结合某实际工程,进行具体优化设计。结果表明:经优化设计的铸钢节点与原节点相比,在正常使用状态下,最大应力降低8.97%,应力分布更加均匀,材料用量减少15.96%,且承载力满足要求,优化效果较为显著。
2018, 33(12): 114-118.
doi: 10.13206/j.gjg.201812023
摘要:
耳板销轴连接整体承受钢拉杆的较大拉力,但与销轴接触局部承压并可能产生较大面积的塑性开展区域。相关设计规范根据节点板承压承载力、节点板抗撕裂承载力对节点耳板的各几何参数进行设计计算,在总体上保证节点板的承载力要求,但对于节点板各几何参数对于应变分布及位移发展控制的影响关系并不清楚。对节点板各尺寸对于控制应变开展的有效性进行分析研究,以得到各几何参数的最佳取值,使材料得到最有效的使用。
耳板销轴连接整体承受钢拉杆的较大拉力,但与销轴接触局部承压并可能产生较大面积的塑性开展区域。相关设计规范根据节点板承压承载力、节点板抗撕裂承载力对节点耳板的各几何参数进行设计计算,在总体上保证节点板的承载力要求,但对于节点板各几何参数对于应变分布及位移发展控制的影响关系并不清楚。对节点板各尺寸对于控制应变开展的有效性进行分析研究,以得到各几何参数的最佳取值,使材料得到最有效的使用。
2018, 33(12): 119-124.
doi: 10.13206/j.gjg.201812024
摘要:
为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)约束钢管混凝土圆柱的抗爆性能,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对11根圆柱试件在爆炸荷载下的动力响应进行了数值模拟分析,主要考虑了CFRP粘贴层数、钢管壁厚、炸药量和长细比等影响因素。分析结果表明:与钢管混凝土圆柱相比,CFRP约束钢管混凝土圆柱的跨中最大位移明显减小,抗侧刚度和抗爆能力得到明显提高;在一定参数范围内,CFRP约束钢管混凝土圆柱试件的抗侧刚度和抗爆能力随着CFRP粘贴层数或钢管壁厚的增加而提高;炸药量或长细比越大,试件的跨中侧向位移越大,破坏越严重。
为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)约束钢管混凝土圆柱的抗爆性能,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对11根圆柱试件在爆炸荷载下的动力响应进行了数值模拟分析,主要考虑了CFRP粘贴层数、钢管壁厚、炸药量和长细比等影响因素。分析结果表明:与钢管混凝土圆柱相比,CFRP约束钢管混凝土圆柱的跨中最大位移明显减小,抗侧刚度和抗爆能力得到明显提高;在一定参数范围内,CFRP约束钢管混凝土圆柱试件的抗侧刚度和抗爆能力随着CFRP粘贴层数或钢管壁厚的增加而提高;炸药量或长细比越大,试件的跨中侧向位移越大,破坏越严重。
2018, 33(12): 125-129.
doi: 10.13206/j.gjg.201812025
摘要:
钢-混凝土组合结构梁柱连接中,当柱截面尺寸较大时,便存在梁内钢筋如何与柱进行连接的问题。在实际工程中有采用钢筋套筒直接附加钢筋与方钢管柱进行机械连接的构造形式。通过采用数值模拟计算方法,分析通过套筒直接将钢筋连接到方钢管混凝土柱,对负弯矩区钢-混凝土组合梁受力性能的影响;讨论了不同位置设置隔板的连接性能以及柱壁在钢筋作用下的弹塑性性能。研究结果表明:翼缘板中纵筋通过套筒直接与方钢管混凝土柱连接的方式具有较好的刚度和承载能力,隔板设置的不同方式对组合梁柱连接的承载力有一定影响;在工程应用中需要考虑连接构造形式对节点承载能力的影响。
钢-混凝土组合结构梁柱连接中,当柱截面尺寸较大时,便存在梁内钢筋如何与柱进行连接的问题。在实际工程中有采用钢筋套筒直接附加钢筋与方钢管柱进行机械连接的构造形式。通过采用数值模拟计算方法,分析通过套筒直接将钢筋连接到方钢管混凝土柱,对负弯矩区钢-混凝土组合梁受力性能的影响;讨论了不同位置设置隔板的连接性能以及柱壁在钢筋作用下的弹塑性性能。研究结果表明:翼缘板中纵筋通过套筒直接与方钢管混凝土柱连接的方式具有较好的刚度和承载能力,隔板设置的不同方式对组合梁柱连接的承载力有一定影响;在工程应用中需要考虑连接构造形式对节点承载能力的影响。
2018, 33(12): 130-136.
doi: 10.13206/j.gjg.201812026
摘要:
某重型车间双层肩梁在施工完毕后发现,因钢结构制作安装误差导致吊车梁支座中心线与支承加劲肋中心线存在较大偏差,从而导致结构主体不满足设计要求,需要对现有双层肩梁进行安全评估并提出合理的加固方案。首先选取格构柱肢的上层肩梁为研究对象,通过简化力学模型分析了肩梁的受力机理,然后采用ABAQUS软件对现有不加固的双层肩梁进行竖向偏心荷载作用下的有限元模拟,并对提出的双层肩梁单、双侧加固方案分别进行有限元仿真模拟,最终得到双层肩梁中每层肩梁的合理加固方案。分析表明:因放置于肩梁上盖板的较厚垫板对荷载传递路径有很好的调节作用,使垫板对吊车梁安装偏差具有普遍的适应性;由施工误差导致的竖向偏心荷载作用下,其最大应力值均超过了钢材的设计强度;在合理的净距下,单、双侧加固对每层肩梁都能起到较好的加固效果,同一净距下双侧加固效果要好于单侧加固;结合现场加固施工的可操作性,上层肩梁加固方案采用双侧加固,净距取150 mm;下层肩梁加固方案采用单侧加固,净距取120 mm。
某重型车间双层肩梁在施工完毕后发现,因钢结构制作安装误差导致吊车梁支座中心线与支承加劲肋中心线存在较大偏差,从而导致结构主体不满足设计要求,需要对现有双层肩梁进行安全评估并提出合理的加固方案。首先选取格构柱肢的上层肩梁为研究对象,通过简化力学模型分析了肩梁的受力机理,然后采用ABAQUS软件对现有不加固的双层肩梁进行竖向偏心荷载作用下的有限元模拟,并对提出的双层肩梁单、双侧加固方案分别进行有限元仿真模拟,最终得到双层肩梁中每层肩梁的合理加固方案。分析表明:因放置于肩梁上盖板的较厚垫板对荷载传递路径有很好的调节作用,使垫板对吊车梁安装偏差具有普遍的适应性;由施工误差导致的竖向偏心荷载作用下,其最大应力值均超过了钢材的设计强度;在合理的净距下,单、双侧加固对每层肩梁都能起到较好的加固效果,同一净距下双侧加固效果要好于单侧加固;结合现场加固施工的可操作性,上层肩梁加固方案采用双侧加固,净距取150 mm;下层肩梁加固方案采用单侧加固,净距取120 mm。
2018, 33(12): 137-143.
doi: 10.13206/j.gjg.201812027
摘要:
北京大兴国际机场航站楼屋盖为大跨度不规则曲面节点桁架结构,具有造型复杂、跨度大、施工难度高的特点。该结构施工时间长,在施工过程中需要考虑季节因素、太阳辐射等条件所造成的温度变化的影响。对北京新机场航站楼屋盖钢结构合龙与落架技术进行研究,进行了温度作用下的合龙分析、屋盖钢结构落架过程力学分析,并对整体结构落架方案进行了仿真模拟,验证了北京新机场航站楼屋盖钢结构合龙与落架过程中的安全性与合理性。
北京大兴国际机场航站楼屋盖为大跨度不规则曲面节点桁架结构,具有造型复杂、跨度大、施工难度高的特点。该结构施工时间长,在施工过程中需要考虑季节因素、太阳辐射等条件所造成的温度变化的影响。对北京新机场航站楼屋盖钢结构合龙与落架技术进行研究,进行了温度作用下的合龙分析、屋盖钢结构落架过程力学分析,并对整体结构落架方案进行了仿真模拟,验证了北京新机场航站楼屋盖钢结构合龙与落架过程中的安全性与合理性。
2018, 33(12): 144-149.
doi: 10.13206/j.gjg.201812028
摘要:
采用Clough二折线半刚性节点模型,结合新型脚手架节点性能试验,对新型脚手架的节点性能进行有限元模拟,并与试验结果进行对比和分析。结果表明:有限元模拟结果与试验结果吻合良好,验证了二折线半刚性节点模型可用于新型脚手架的精细化数值模拟分析和建模方法的准确性。对脚手架节点进行了详细分析,得到了节点在弯矩和压力荷载作用下每种工况的应力最不利位置和位移最大值,为新型脚手架在工程中的应用提供了有效方法。
采用Clough二折线半刚性节点模型,结合新型脚手架节点性能试验,对新型脚手架的节点性能进行有限元模拟,并与试验结果进行对比和分析。结果表明:有限元模拟结果与试验结果吻合良好,验证了二折线半刚性节点模型可用于新型脚手架的精细化数值模拟分析和建模方法的准确性。对脚手架节点进行了详细分析,得到了节点在弯矩和压力荷载作用下每种工况的应力最不利位置和位移最大值,为新型脚手架在工程中的应用提供了有效方法。
2018, 33(12): 150-155.
doi: 10.13206/j.gjg.201812029
摘要:
空间扭曲桁架的吊装姿态与就位姿态的控制是施工安装的关键技术难点。为准确预测扭曲桁架在吊装全过程的姿态变化,便于就位姿态控制,提出了节段吊装姿态动态分析方法,开展了吊装模拟分析。考虑了空间扭曲桁架吊装过程刚体位移和弹性变形的耦合作用、接触分离和吊索几何非线性,构建了显式动力非线性模型,基于LS-DYNA软件进行了非线性动力分析。研究表明:重心位置的计算确定是吊装姿态控制的关键,吊钩应布置在吊装节段重心点的铅锤线上;吊点布置应以重心点为转轴,根据力矩平衡来确定,吊点布置应综合考虑绑扎位置、用绳经济、对单元附加内力影响较小的因素。采用显式动力分析方法可有效模拟吊装过程的时变非线性力学行为,吊装节段的内力和吊索内力在姿态调整过程受力最不利,动力效应明显,调转输运阶段内力较为平稳,最后结构姿态与设计安装姿态基本吻合,合龙顺利。
空间扭曲桁架的吊装姿态与就位姿态的控制是施工安装的关键技术难点。为准确预测扭曲桁架在吊装全过程的姿态变化,便于就位姿态控制,提出了节段吊装姿态动态分析方法,开展了吊装模拟分析。考虑了空间扭曲桁架吊装过程刚体位移和弹性变形的耦合作用、接触分离和吊索几何非线性,构建了显式动力非线性模型,基于LS-DYNA软件进行了非线性动力分析。研究表明:重心位置的计算确定是吊装姿态控制的关键,吊钩应布置在吊装节段重心点的铅锤线上;吊点布置应以重心点为转轴,根据力矩平衡来确定,吊点布置应综合考虑绑扎位置、用绳经济、对单元附加内力影响较小的因素。采用显式动力分析方法可有效模拟吊装过程的时变非线性力学行为,吊装节段的内力和吊索内力在姿态调整过程受力最不利,动力效应明显,调转输运阶段内力较为平稳,最后结构姿态与设计安装姿态基本吻合,合龙顺利。
2018, 33(12): 156-160.
doi: 10.13206/j.gjg.201812030
摘要:
探讨了一高架钢桁架桥的施工工艺,对临时支撑的稳定性进行了验算,针对该钢桁架桥梁的安装流程,采用MIDAS/Gen软件进行了施工全过程的仿真模拟,并将临时支撑拆除过程中桥梁关键受力部位的应力、变形监测结果与数值模拟值进行对比分析,两者基本吻合,都在相关规范允许范围内。结果表明:临时支撑的拆除不影响桥梁的安全,该施工方案是可行合理的。
探讨了一高架钢桁架桥的施工工艺,对临时支撑的稳定性进行了验算,针对该钢桁架桥梁的安装流程,采用MIDAS/Gen软件进行了施工全过程的仿真模拟,并将临时支撑拆除过程中桥梁关键受力部位的应力、变形监测结果与数值模拟值进行对比分析,两者基本吻合,都在相关规范允许范围内。结果表明:临时支撑的拆除不影响桥梁的安全,该施工方案是可行合理的。
