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2019年 第34卷 第9期
2019, 34(9): 1-6.
doi: 10.13206/j.gjg.201909001
摘要
摘要:
为研究加劲KK节点的主管轴向应力对其节点承载力的影响,设计并制作了两个试件,以进行主管受拉和主管受压两个工况下的节点承载力试验研究,研究了节点破坏模式、应力分布等力学行为。通过将有限元分析结果和试验结果相比较,验证了有限元模型的可靠性。利用该模型,对考虑不同主管应力情况下的加劲KK节点承载力进行了计算分析。结果表明,主管受拉的节点具有更好的延性,主管受压的节点还易发生主管自身的局部屈曲破坏。主管轴向应力为拉应力时,该节点承载力的下降较为明显。对于所有的主管应力状态,该加劲KK节点的空间调整系数均大于0. 9。
为研究加劲KK节点的主管轴向应力对其节点承载力的影响,设计并制作了两个试件,以进行主管受拉和主管受压两个工况下的节点承载力试验研究,研究了节点破坏模式、应力分布等力学行为。通过将有限元分析结果和试验结果相比较,验证了有限元模型的可靠性。利用该模型,对考虑不同主管应力情况下的加劲KK节点承载力进行了计算分析。结果表明,主管受拉的节点具有更好的延性,主管受压的节点还易发生主管自身的局部屈曲破坏。主管轴向应力为拉应力时,该节点承载力的下降较为明显。对于所有的主管应力状态,该加劲KK节点的空间调整系数均大于0. 9。
2019, 34(9): 7-15.
doi: 10.13206/j.gjg.201909002
摘要:
对4组12个足尺不等管径对接法兰进行了轴心受压及偏心受压试验,研究了不等管径对接法兰在不同强度级差加载时的受力性能。结果表明,每组3个试件的受力机理和破坏特征基本一致,大小管径对接法兰的变形主要集中在小管径一侧。试验中未发生法兰和对接焊缝的破坏,法兰及焊缝的承载力满足设计要求。试件由于靠近刚性法兰加劲肋处钢管鼓曲而破坏,其极限承载力超过承载力设计值的35%～54%。偏心受力会一定程度地降低试件的承载能力,但影响较小,基本在10%以内。对试验试件进行了非线性有限元分析,明确了法兰的破坏机理,了解了法兰的极限承载力。结果表明:受压状态下,对于不等管径法兰连接,带颈锻造法兰由受压为主逐渐转变为受弯为主,导致法兰颈部变坡提前进入屈服,降低了试件的承载力。
对4组12个足尺不等管径对接法兰进行了轴心受压及偏心受压试验,研究了不等管径对接法兰在不同强度级差加载时的受力性能。结果表明,每组3个试件的受力机理和破坏特征基本一致,大小管径对接法兰的变形主要集中在小管径一侧。试验中未发生法兰和对接焊缝的破坏,法兰及焊缝的承载力满足设计要求。试件由于靠近刚性法兰加劲肋处钢管鼓曲而破坏,其极限承载力超过承载力设计值的35%～54%。偏心受力会一定程度地降低试件的承载能力,但影响较小,基本在10%以内。对试验试件进行了非线性有限元分析,明确了法兰的破坏机理,了解了法兰的极限承载力。结果表明:受压状态下,对于不等管径法兰连接,带颈锻造法兰由受压为主逐渐转变为受弯为主,导致法兰颈部变坡提前进入屈服,降低了试件的承载力。
2019, 34(9): 16-21.
doi: 10.13206/j.gjg.201909003
摘要:
支撑-框架体系在设防烈度和罕遇地震作用下其传统支撑易较早发生受拉、受压屈服,甚至发生大幅值屈曲失稳破坏,不利于框架结构的承载和能量耗散。全钢圆套圆型防屈曲支撑(称圆套圆防屈曲支撑)可代替传统支撑为支撑-框架体系提高承载能力和耗能能力。该圆套圆防屈曲支撑主要是由承力耗能内圆管(称核心管)与约束核心管屈曲变形的外圆管(称约束外管)构成的一种特殊耗能支撑。利用静力非线性分析方法对不同间隙的圆套圆防屈曲支撑力学性能进行分析,包括滞回曲线、抗震性能指标CPE、骨架曲线以及刚度退化等。结果表明:间隙取值为2 mm时,圆套圆防屈曲支撑比传统支撑受压承载能力提高了55. 4%,滞回耗能提高了80. 2%,抗压刚度提高了111%。圆套圆防屈曲支撑显著改善了传统支撑受压易屈曲的缺点,且在受力性能、滞回耗能、造价以及制作工艺等各方面表现优异。
支撑-框架体系在设防烈度和罕遇地震作用下其传统支撑易较早发生受拉、受压屈服,甚至发生大幅值屈曲失稳破坏,不利于框架结构的承载和能量耗散。全钢圆套圆型防屈曲支撑(称圆套圆防屈曲支撑)可代替传统支撑为支撑-框架体系提高承载能力和耗能能力。该圆套圆防屈曲支撑主要是由承力耗能内圆管(称核心管)与约束核心管屈曲变形的外圆管(称约束外管)构成的一种特殊耗能支撑。利用静力非线性分析方法对不同间隙的圆套圆防屈曲支撑力学性能进行分析,包括滞回曲线、抗震性能指标CPE、骨架曲线以及刚度退化等。结果表明:间隙取值为2 mm时,圆套圆防屈曲支撑比传统支撑受压承载能力提高了55. 4%,滞回耗能提高了80. 2%,抗压刚度提高了111%。圆套圆防屈曲支撑显著改善了传统支撑受压易屈曲的缺点,且在受力性能、滞回耗能、造价以及制作工艺等各方面表现优异。
2019, 34(9): 22-27.
doi: 10.13206/j.gjg.201909004
摘要:
防屈曲支撑具有良好的抗震耗能能力,但是由于构造的原因,普通的防屈曲支撑无法交叉布置,只能按对角线方向布置、八字形或倒八字形布置,未能充分发挥支撑对结构刚度的贡献。提出并研制了一种可交叉布置的防屈曲支撑,采用经验证的有限元模型,研究了可交叉布置防屈曲支撑的屈曲变形及滞回性能。结果表明:可交叉布置的防屈曲支撑比八字形布置的防屈曲支撑具有更好的耗能能力,且对框架梁的影响较小;进一步研究了防屈曲套筒的截面大小和壁厚对于其性能的影响:发现通过增大套筒截面或是增加壁厚均可有效提高支撑的防屈曲效果;且当支撑的约束比ξ大于1. 2时,外套筒可完全防止支撑发生屈曲。
防屈曲支撑具有良好的抗震耗能能力,但是由于构造的原因,普通的防屈曲支撑无法交叉布置,只能按对角线方向布置、八字形或倒八字形布置,未能充分发挥支撑对结构刚度的贡献。提出并研制了一种可交叉布置的防屈曲支撑,采用经验证的有限元模型,研究了可交叉布置防屈曲支撑的屈曲变形及滞回性能。结果表明:可交叉布置的防屈曲支撑比八字形布置的防屈曲支撑具有更好的耗能能力,且对框架梁的影响较小;进一步研究了防屈曲套筒的截面大小和壁厚对于其性能的影响:发现通过增大套筒截面或是增加壁厚均可有效提高支撑的防屈曲效果;且当支撑的约束比ξ大于1. 2时,外套筒可完全防止支撑发生屈曲。
2019, 34(9): 28-33.
doi: 10.13206/j.gjg.201909005
摘要:
为研究T型外补强箱型梁柱空间节点的承载性能和变形能力,选取不同参数的箱型柱截面宽度、工字梁翼缘宽度,截面高度、T型加劲肋翼缘宽度及腹板长度进行工况设计和参数分析,采用ABAQUS有限元分析软件建立数值模型,在梁端施加低周往复荷载进行受力性能模拟分析。研究结果表明:T型外补强箱型梁柱空间节点的滞回曲线均为饱满的梭形;随着T型加劲肋翼缘宽度、腹板长度的增加,节点延性提高70%左右,对节点延性影响最大;整体试件延性系数μ>4. 0、等效黏滞阻尼比he>0. 2,均满足抗震要求;加大T型加劲肋翼缘宽度、腹板长度可以有效的提高箱型梁柱节点承载性能和变形能力。T型外补强箱型梁柱空间节点具有较好的延性、耗能能力及抗震性能,建议在多层钢结构工程中广泛应用。
为研究T型外补强箱型梁柱空间节点的承载性能和变形能力,选取不同参数的箱型柱截面宽度、工字梁翼缘宽度,截面高度、T型加劲肋翼缘宽度及腹板长度进行工况设计和参数分析,采用ABAQUS有限元分析软件建立数值模型,在梁端施加低周往复荷载进行受力性能模拟分析。研究结果表明:T型外补强箱型梁柱空间节点的滞回曲线均为饱满的梭形;随着T型加劲肋翼缘宽度、腹板长度的增加,节点延性提高70%左右,对节点延性影响最大;整体试件延性系数μ>4. 0、等效黏滞阻尼比he>0. 2,均满足抗震要求;加大T型加劲肋翼缘宽度、腹板长度可以有效的提高箱型梁柱节点承载性能和变形能力。T型外补强箱型梁柱空间节点具有较好的延性、耗能能力及抗震性能,建议在多层钢结构工程中广泛应用。
2019, 34(9): 34-42.
doi: 10.13206/j.gjg.201909006
摘要:
随着新型材料不断涌现,由于受力构件存在初始缺陷、残余应力,再加上截面形状繁多,材料非线性和几何非线性的叠加,给稳定理论分析带来了很大的困难。因此,采用试验加有限元软件综合分析的方法对冷弯薄壁不锈钢管件的极限稳定承载力进行分析研究,并对壁厚、直径、径厚比、长细比、初始缺陷等重要影响因素进行定量分析,最后给出稳定计算建议公式。将试验数据和数值分析的结果,与GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》计算方法进行对比,论证了建议公式的合理性和可靠性。
随着新型材料不断涌现,由于受力构件存在初始缺陷、残余应力,再加上截面形状繁多,材料非线性和几何非线性的叠加,给稳定理论分析带来了很大的困难。因此,采用试验加有限元软件综合分析的方法对冷弯薄壁不锈钢管件的极限稳定承载力进行分析研究,并对壁厚、直径、径厚比、长细比、初始缺陷等重要影响因素进行定量分析,最后给出稳定计算建议公式。将试验数据和数值分析的结果,与GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》计算方法进行对比,论证了建议公式的合理性和可靠性。
2019, 34(9): 43-49.
doi: 10.13206/j.gjg.201909007
摘要:
井字形加劲部分连接钢板剪力墙是对部分连接钢板剪力墙进行了加劲改进,在保持其优势的同时,改善其性能,是一种新型钢板剪力墙结构体系。井字形加劲后,结构的传力机制变得更为复杂,采用有限元软件ABAQUS进行模拟计算,探究了井字形加劲部分连接钢板剪力墙在水平低周往复荷载作用下的滞回性能,分析了加劲位置、肋板高厚比、加劲刚度比和钢板高厚比等相关参数对结构整体性能的影响。
井字形加劲部分连接钢板剪力墙是对部分连接钢板剪力墙进行了加劲改进,在保持其优势的同时,改善其性能,是一种新型钢板剪力墙结构体系。井字形加劲后,结构的传力机制变得更为复杂,采用有限元软件ABAQUS进行模拟计算,探究了井字形加劲部分连接钢板剪力墙在水平低周往复荷载作用下的滞回性能,分析了加劲位置、肋板高厚比、加劲刚度比和钢板高厚比等相关参数对结构整体性能的影响。
2019, 34(9): 50-55.
doi: 10.13206/j.gjg.201909008
摘要:
钢管塔结构构件普遍采用圆形法兰连接,大型杆塔的交叉材、斜材与主管相贯连接,支管采用与其垂直的圆形法兰连接接长;该连接法兰在一定程度上增大了节点域尺寸,可能造成节点过大给镀锌及运输带来困难。为此,研究开发一种法兰盘面平行于主管轴线的新型异形法兰。该法兰盘面形状为椭圆形,以法兰盘面与支管夹角为参数,开展轴拉荷载作用下刚性异形法兰承载力特性的非线性模拟,考察其轴拉荷载-变形特性及连接螺栓的受力特点。新型异形法兰轴拉承载力与圆形法兰基本具有相似的特性,但在轴拉荷载增大过程中,由于法兰盘面滑移导致连接节点轴向位移突然增大,荷载-变形关系继续线性增大并进入弹塑性阶段;滑移荷载与夹角和预紧力大小有关。连接螺栓受拉剪共同作用而发生弯曲,其应力最大位置位于两侧法兰板接触面。最后,提出异形刚性法兰的设计方法,包括法兰板、加劲肋及连接螺栓的强度设计理论。
钢管塔结构构件普遍采用圆形法兰连接,大型杆塔的交叉材、斜材与主管相贯连接,支管采用与其垂直的圆形法兰连接接长;该连接法兰在一定程度上增大了节点域尺寸,可能造成节点过大给镀锌及运输带来困难。为此,研究开发一种法兰盘面平行于主管轴线的新型异形法兰。该法兰盘面形状为椭圆形,以法兰盘面与支管夹角为参数,开展轴拉荷载作用下刚性异形法兰承载力特性的非线性模拟,考察其轴拉荷载-变形特性及连接螺栓的受力特点。新型异形法兰轴拉承载力与圆形法兰基本具有相似的特性,但在轴拉荷载增大过程中,由于法兰盘面滑移导致连接节点轴向位移突然增大,荷载-变形关系继续线性增大并进入弹塑性阶段;滑移荷载与夹角和预紧力大小有关。连接螺栓受拉剪共同作用而发生弯曲,其应力最大位置位于两侧法兰板接触面。最后,提出异形刚性法兰的设计方法,包括法兰板、加劲肋及连接螺栓的强度设计理论。
2019, 34(9): 56-61.
doi: 10.13206/j.gjg.201909009
摘要:
天津空客A330喷漆机库平面布置呈凸字形,屋盖悬挂大量风管、喷淋、检修等管线设备,中部设6台大吨位悬挂升降喷漆平台,运行工况复杂,对屋盖变形要求很高。比较了72 m跨拱形刚架不同拱脚方案,并通过调整支撑布置和刚度保证结构规则性和整体性;设置纵向桁架来控制刚架间变形差以满足喷漆平台严格的屋盖变形要求;通过控制施工过程,降低刚架峰值应力和水平反力,并专门设计了相应连接节点;介绍拱脚处基础设计和水平推力处理方法。
天津空客A330喷漆机库平面布置呈凸字形,屋盖悬挂大量风管、喷淋、检修等管线设备,中部设6台大吨位悬挂升降喷漆平台,运行工况复杂,对屋盖变形要求很高。比较了72 m跨拱形刚架不同拱脚方案,并通过调整支撑布置和刚度保证结构规则性和整体性;设置纵向桁架来控制刚架间变形差以满足喷漆平台严格的屋盖变形要求;通过控制施工过程,降低刚架峰值应力和水平反力,并专门设计了相应连接节点;介绍拱脚处基础设计和水平推力处理方法。
2019, 34(9): 62-71.
doi: 10.13206/j.gjg.201909010
摘要:
在已经完成的预应力短索自复位钢框架节点试验和数值模拟的基础上,采用ABAQUS有限元分析软件将装配式预应力短索自复位钢框架和普通自复位钢框架、刚接钢框架进行静力往复加载和动力时程的数值模拟结果进行对比分析,结果表明:两种自复位钢框架较刚接框架而言可有效减少结构损伤,且残余力较小,具有良好的自动复位和恢复结构功能的能力;装配式预应力短索自复位钢框架可以避免高空张拉钢绞线,减小了张拉难度,保证了张拉质量,具有更广阔的应用前景。
在已经完成的预应力短索自复位钢框架节点试验和数值模拟的基础上,采用ABAQUS有限元分析软件将装配式预应力短索自复位钢框架和普通自复位钢框架、刚接钢框架进行静力往复加载和动力时程的数值模拟结果进行对比分析,结果表明:两种自复位钢框架较刚接框架而言可有效减少结构损伤,且残余力较小,具有良好的自动复位和恢复结构功能的能力;装配式预应力短索自复位钢框架可以避免高空张拉钢绞线,减小了张拉难度,保证了张拉质量,具有更广阔的应用前景。
2019, 34(9): 72-78.
doi: 10.13206/j.gjg.201909011
摘要:
H型钢梁被广泛地应用于钢结构设计中,为满足使用要求常在其腹板开设数个尺寸较大的洞口。利用LSDYNA软件建立了设置不同数量、不同尺寸洞口的H型钢梁的有限元模型,分析了其在不同比例距离的爆炸荷载作用下的动力响应与洞口角部的应力集中现象。提出了设置复合加劲肋以提高腹板开洞H型钢梁抗爆性能的方法,并设计了3种加固方案。通过与未采取加固措施的H型钢梁对比,加劲肋加固方案3可减小梁整体与局部的塑性残余变形、减小洞口角部由应力集中产生的有效塑性应变,从而有效地提高H型钢梁的抗爆性能。
H型钢梁被广泛地应用于钢结构设计中,为满足使用要求常在其腹板开设数个尺寸较大的洞口。利用LSDYNA软件建立了设置不同数量、不同尺寸洞口的H型钢梁的有限元模型,分析了其在不同比例距离的爆炸荷载作用下的动力响应与洞口角部的应力集中现象。提出了设置复合加劲肋以提高腹板开洞H型钢梁抗爆性能的方法,并设计了3种加固方案。通过与未采取加固措施的H型钢梁对比,加劲肋加固方案3可减小梁整体与局部的塑性残余变形、减小洞口角部由应力集中产生的有效塑性应变,从而有效地提高H型钢梁的抗爆性能。
2019, 34(9): 79-82.
doi: 10.13206/j.gjg.201909012
摘要:
由于我国建筑和交通领域钢结构行业设计标准的不同,各个规范体系下的同一构件的稳定性计算结果也不尽相同,通过一则轴心受压构件稳定承载力的计算实例,详细比较其应力比的差别并分析其差异产生的原因,希望推进业内对该问题的进一步研究。
由于我国建筑和交通领域钢结构行业设计标准的不同,各个规范体系下的同一构件的稳定性计算结果也不尽相同,通过一则轴心受压构件稳定承载力的计算实例,详细比较其应力比的差别并分析其差异产生的原因,希望推进业内对该问题的进一步研究。
2019, 34(9): 83-86.
doi: 10.13206/j.gjg.201909013
摘要:
某高层双塔楼钢结构连廊总质量为1 000 t,最大跨度为45. 6 m,由2榀主桁架和13榀次桁架组成框架结构体系,用于支承上部4层约2 000 t钢框架结构。钢连廊下弦标高64. 950 m,下部为悬空状态。结合现场实际工况,采取地面拼装整体提升的施工方法。从施工思路、提升工艺、提升流程、提升监测等方面进行了论述。采用有限元方法对提升支架、提升吊点、临时加固措施等进行设计,保证了工程优质按期完成。
某高层双塔楼钢结构连廊总质量为1 000 t,最大跨度为45. 6 m,由2榀主桁架和13榀次桁架组成框架结构体系,用于支承上部4层约2 000 t钢框架结构。钢连廊下弦标高64. 950 m,下部为悬空状态。结合现场实际工况,采取地面拼装整体提升的施工方法。从施工思路、提升工艺、提升流程、提升监测等方面进行了论述。采用有限元方法对提升支架、提升吊点、临时加固措施等进行设计,保证了工程优质按期完成。
2019, 34(9): 87-90.
doi: 10.13206/j.gjg.201909014
摘要:
现阶段双塔之间设置连廊的结构形式在建筑设计中极为普遍,而连廊的施工因其特殊的结构特点成为项目施工的重、难点。通过深入研究以往类似工程实例,结合本工程结构特点,优化传统提升滑移技术,提出了在有限场地内的钢连廊异位拼装顶推滑移技术等一系列创新工艺,成功完成20榀钢连廊整体提升。单个项目连廊群提升安装规模创世界之最,提升最大跨度76. 5 m创国内之最,该钢连廊连带冷却塔设备整体提升属国内首例。
现阶段双塔之间设置连廊的结构形式在建筑设计中极为普遍,而连廊的施工因其特殊的结构特点成为项目施工的重、难点。通过深入研究以往类似工程实例,结合本工程结构特点,优化传统提升滑移技术,提出了在有限场地内的钢连廊异位拼装顶推滑移技术等一系列创新工艺,成功完成20榀钢连廊整体提升。单个项目连廊群提升安装规模创世界之最,提升最大跨度76. 5 m创国内之最,该钢连廊连带冷却塔设备整体提升属国内首例。
2019, 34(9): 91-94.
doi: 10.13206/j.gjg.201909015
摘要:
随着钢结构建造技术不断发展,钢结构在大型建筑结构中应用越来越广泛,建筑造型更为新颖,设计师在考虑结构受力的情况下更注重建筑外观美感,对钢结构施工精度提出更高的要求。通过对肇庆东站站前综合体项目的箱型截面花篮形钢结构施工过程进行分析,就构件加工精度、胎架支撑点设置、焊接变形控制、测量控制点的布置及结构拆除临时支撑等因素对"花篮结构"的安装精度控制进行一些探讨。
随着钢结构建造技术不断发展,钢结构在大型建筑结构中应用越来越广泛,建筑造型更为新颖,设计师在考虑结构受力的情况下更注重建筑外观美感,对钢结构施工精度提出更高的要求。通过对肇庆东站站前综合体项目的箱型截面花篮形钢结构施工过程进行分析,就构件加工精度、胎架支撑点设置、焊接变形控制、测量控制点的布置及结构拆除临时支撑等因素对"花篮结构"的安装精度控制进行一些探讨。
2019, 34(9): 95-100.
doi: 10.13206/j.gjg.201909016
摘要:
针对虚拟预拼装时钢结构构件在拼装后可能存在的碰撞问题,基于包围盒算法和空间三角形相交检测算法,编制了碰撞检测程序,有效地解决了这一问题。并通过两个实例验证虚拟拼装环境下碰撞检测程序的可行性与效果。结果表明:按所提方法,虚拟拼装环境下碰撞检测具有较好的可行性,适用于实际工程。
针对虚拟预拼装时钢结构构件在拼装后可能存在的碰撞问题,基于包围盒算法和空间三角形相交检测算法,编制了碰撞检测程序,有效地解决了这一问题。并通过两个实例验证虚拟拼装环境下碰撞检测程序的可行性与效果。结果表明:按所提方法,虚拟拼装环境下碰撞检测具有较好的可行性,适用于实际工程。
2019, 34(9): 101-102.
doi: 10.13206/j.gjg.201909017
摘要:
25半刚性连接(第5. 1. 4条)第5. 1. 4条:框架结构的梁柱连接宜采用刚接或铰接。梁柱采用半刚性连接时,应计入梁柱交角变化的影响,在内力分析时,应假定连接的弯矩-转角曲线,并在节点设计时,保证节点的构造与假定的弯矩-转角曲线符合。图1中的梁柱端板连接为半刚性连接,梁柱产
25半刚性连接(第5. 1. 4条)第5. 1. 4条:框架结构的梁柱连接宜采用刚接或铰接。梁柱采用半刚性连接时,应计入梁柱交角变化的影响,在内力分析时,应假定连接的弯矩-转角曲线,并在节点设计时,保证节点的构造与假定的弯矩-转角曲线符合。图1中的梁柱端板连接为半刚性连接,梁柱产
