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2022年 第37卷 第10期
2022, 37(10): 1-23.
doi: 10.13206/j.gjgS22041701
摘要
PDF (36574KB)
摘要:
对H形截面压弯杆弯扭屈曲承载力验算公式进行了理论研究,主要工作为:1)对我国、欧洲和美国的钢结构设计规范中H形截面压弯杆平面外稳定验算公式进行了比较,指出了改进的可能性;2)对有初始弯曲和扭转压弯杆的弹性弯扭变形进行了二阶分析,在引入初始弯曲和初始扭转的特定关系后,得到了二阶效应放大后的弯曲、扭转、弯矩和双力矩的简单的解析表达式;3)对H形截面绕强轴和绕弱轴的单向压弯塑性铰状态的强度公式分别进行了单一表达式拟合;对给定压力时双向弯矩作用下的塑性铰状态的双向弯矩相关关系进行了计算,提出了精度良好、略偏安全的公式;将提出的公式进行改造,使之能够考虑双力矩的影响;4)参照压弯杆平面内稳定验算公式的推导方法,利用已知的绕弱轴弯曲屈曲的柱子稳定系数公式,反推获得了压杆绕弱轴弯曲屈曲的等效初始弯曲,该等效初始弯曲综合考虑了残余应力、初始弯曲和塑性开展过程带来的额外挠度增量;5)引入该等效初始弯曲。采用平面内二阶分析获得的二阶弯矩,平面外二阶弯矩和二阶双力矩等,代入双向压弯强度计算式,得到压弯杆弯扭屈曲承载力的上限解。为了获得更为接近实际的承载力相关关系,对弹性分析得到的平面内二阶弯矩和平面外二阶弯矩以及双力矩进行弹塑性放大,得到了H形截面压弯杆的弯扭屈曲计算公式,画出了一系列曲线,在长细比小时,曲线接近强度相关曲线,长细比大时,曲线接近弹性屈曲相关公式。结果表明:现行GB 50017—2017《钢结构设计标准》中的平面外稳定计算公式是偏于安全的。同时借用强度相关关系和屈曲相关关系的插值,给出了比较复杂的拟合公式。
对H形截面压弯杆弯扭屈曲承载力验算公式进行了理论研究,主要工作为:1)对我国、欧洲和美国的钢结构设计规范中H形截面压弯杆平面外稳定验算公式进行了比较,指出了改进的可能性;2)对有初始弯曲和扭转压弯杆的弹性弯扭变形进行了二阶分析,在引入初始弯曲和初始扭转的特定关系后,得到了二阶效应放大后的弯曲、扭转、弯矩和双力矩的简单的解析表达式;3)对H形截面绕强轴和绕弱轴的单向压弯塑性铰状态的强度公式分别进行了单一表达式拟合;对给定压力时双向弯矩作用下的塑性铰状态的双向弯矩相关关系进行了计算,提出了精度良好、略偏安全的公式;将提出的公式进行改造,使之能够考虑双力矩的影响;4)参照压弯杆平面内稳定验算公式的推导方法,利用已知的绕弱轴弯曲屈曲的柱子稳定系数公式,反推获得了压杆绕弱轴弯曲屈曲的等效初始弯曲,该等效初始弯曲综合考虑了残余应力、初始弯曲和塑性开展过程带来的额外挠度增量;5)引入该等效初始弯曲。采用平面内二阶分析获得的二阶弯矩,平面外二阶弯矩和二阶双力矩等,代入双向压弯强度计算式,得到压弯杆弯扭屈曲承载力的上限解。为了获得更为接近实际的承载力相关关系,对弹性分析得到的平面内二阶弯矩和平面外二阶弯矩以及双力矩进行弹塑性放大,得到了H形截面压弯杆的弯扭屈曲计算公式,画出了一系列曲线,在长细比小时,曲线接近强度相关曲线,长细比大时,曲线接近弹性屈曲相关公式。结果表明:现行GB 50017—2017《钢结构设计标准》中的平面外稳定计算公式是偏于安全的。同时借用强度相关关系和屈曲相关关系的插值,给出了比较复杂的拟合公式。
2022, 37(10): 24-31.
doi: 10.13206/j.gjgS22052901
摘要:
提出了一种新型空间结构——铝合金蜂窝板箱型空腹屋盖结构,它是由轻质高强的铝合金蜂窝板通过特种连接件拼接而成的五面体或六面体箱型空腹结构,它不仅具有张力结构“轻质高强”的特点,还吸收了刚性结构高强度、高刚度的优点。为了探究箱型空腹屋盖相对于传统屋盖的结构性能的优势,以铝合金蜂窝板箱型空腹屋盖的承载力试验为基础,研究了箱型空腹屋盖的力学性能,运用ANSYS软件建立了完全协调和耦合两种有限元分析模型,并且验证了有限元分析模型的有效性。对三向网格型单层网壳、正放四角锥双层网壳、无底板的五面体箱型空腹屋盖、有底板的六面体箱型空腹屋盖4种结构进行了力学性能分析,并且分析了其经济性。结果表明:铝合金蜂窝板箱型空腹屋盖的连接性能良好,具有较高的空间整体刚度。其极限承载力高达结构自重的11倍,稳定承载力约为自重的3.6倍,且结构在屈曲时的变形极小,挠跨比仅为1/800。耦合模型适用于箱型空腹屋盖结构的有限元分析,其在弹性阶段与试验较吻合,极限承载力仅比试验值高出15%,在考虑安全系数后可以作为结构承载力的设计值。在网壳结构的静力性能方面,有底板的箱型空腹结构的跨中挠度值和构件应力比均为四者中最小,表现出了较高的承载能力和抗变形能力。在控制跨中挠度值相近的情况下,杆系结构网壳的构件应力比普遍要大于板系结构,板系结构的空间传力更为合理。在网壳结构的经济性方面,对于同等尺寸的网壳,无底板箱型空腹网壳的结构自重最小,而三向网格型单层网壳的建筑空间最大。随着网壳平面尺寸的增大,结构平均重量都随之降低,建筑空间相差越来越大。在满足结构力学性能的前提下,综合考虑建筑空间和结构自重,箱型空腹结构可以获得相对较好的经济性。在网壳结构的动力性能方面,板片结构的频率一般要比同等条件下的杆系结构的频率大,板片结构具有轻质高强的特点,且其质量和刚度的分布较杆系结构更为合理。箱型空腹屋盖的力学性能及经济指标均比较优异,但有各自适用的跨度范围。无底板箱型空腹结构适用于20m跨度以下的网壳,而有底板箱型空腹结构因其刚度更大可适用于20~30m跨度的网壳。
提出了一种新型空间结构——铝合金蜂窝板箱型空腹屋盖结构,它是由轻质高强的铝合金蜂窝板通过特种连接件拼接而成的五面体或六面体箱型空腹结构,它不仅具有张力结构“轻质高强”的特点,还吸收了刚性结构高强度、高刚度的优点。为了探究箱型空腹屋盖相对于传统屋盖的结构性能的优势,以铝合金蜂窝板箱型空腹屋盖的承载力试验为基础,研究了箱型空腹屋盖的力学性能,运用ANSYS软件建立了完全协调和耦合两种有限元分析模型,并且验证了有限元分析模型的有效性。对三向网格型单层网壳、正放四角锥双层网壳、无底板的五面体箱型空腹屋盖、有底板的六面体箱型空腹屋盖4种结构进行了力学性能分析,并且分析了其经济性。结果表明:铝合金蜂窝板箱型空腹屋盖的连接性能良好,具有较高的空间整体刚度。其极限承载力高达结构自重的11倍,稳定承载力约为自重的3.6倍,且结构在屈曲时的变形极小,挠跨比仅为1/800。耦合模型适用于箱型空腹屋盖结构的有限元分析,其在弹性阶段与试验较吻合,极限承载力仅比试验值高出15%,在考虑安全系数后可以作为结构承载力的设计值。在网壳结构的静力性能方面,有底板的箱型空腹结构的跨中挠度值和构件应力比均为四者中最小,表现出了较高的承载能力和抗变形能力。在控制跨中挠度值相近的情况下,杆系结构网壳的构件应力比普遍要大于板系结构,板系结构的空间传力更为合理。在网壳结构的经济性方面,对于同等尺寸的网壳,无底板箱型空腹网壳的结构自重最小,而三向网格型单层网壳的建筑空间最大。随着网壳平面尺寸的增大,结构平均重量都随之降低,建筑空间相差越来越大。在满足结构力学性能的前提下,综合考虑建筑空间和结构自重,箱型空腹结构可以获得相对较好的经济性。在网壳结构的动力性能方面,板片结构的频率一般要比同等条件下的杆系结构的频率大,板片结构具有轻质高强的特点,且其质量和刚度的分布较杆系结构更为合理。箱型空腹屋盖的力学性能及经济指标均比较优异,但有各自适用的跨度范围。无底板箱型空腹结构适用于20m跨度以下的网壳,而有底板箱型空腹结构因其刚度更大可适用于20~30m跨度的网壳。
2022, 37(10): 32-42.
doi: 10.13206/j.gjgS22033101
摘要:
随着炼钢技术的进步,高强钢材在建筑领域逐渐得到应用。相比于普通钢材,高强度钢材具有节约钢材、减小截面尺寸、减轻结构重量、提高抗震性能等优点。对于宽厚比较大的板件,在压力作用下易发生局部屈曲从而降低了构件的承载能力。而设置加劲肋改变了原板件的受力性能和屈曲行为,可以提高被加劲板件的综合刚度,且冷弯加劲具有制作方便、加工成本低的优势。为了探明采用冷弯半圆形加劲的高强度钢梁的受力性能及经济性,采用ABAQUS有限元模型,并与两端夹支、跨中单点加载的H形钢梁试验结果进行对比,验证有限元模型的准确性后,建立翼缘和腹板加劲的H形和箱形截面钢梁受弯分析模型。分别选择4种截面尺寸的H形截面钢梁考察翼缘加劲对钢梁强度和稳定承载力的影响大小,对H形、上翼缘加劲、上下翼缘均加劲的三种截面类型进行数值模拟,对比不同截面形式钢梁受弯强度承载力,通过改变上下翼缘厚度,得到与Q355级H形截面钢梁极限承载力相同时翼缘的厚度,得出不同尺寸情况下相应的用钢量减少比例。分别对H形和箱形腹板设置加劲肋的钢梁截面进行尺寸优化,在保持截面用钢量不变的情况下增加翼缘厚度,对比不同优化截面尺寸时Q355级腹板加劲截面相比于不加劲H形截面钢梁的受弯强度承载力;通过优化的截面尺寸,得到相同承载力时加劲高强Q690钢梁相比于Q355钢梁用钢量的节约程度。研究表明:H形钢梁上翼缘朝外加劲与朝内加劲相比具有更高的受弯强度承载力,翼缘加劲会显著降低整体失稳承载力;相同截面面积的翼缘加劲Q690钢梁比Q355钢梁受弯强度承载力提高1倍以上,相同强度承载力的翼缘加劲,Q690钢梁比Q355钢梁用钢量节约50%左右;腹板减薄厚度且设置一个加劲肋,保证用钢量不变的情况下增加翼缘厚度,钢梁受弯强度承载力更高;H形Q690钢梁采用优化截面时在保证承载力与Q355钢梁相等的情况下,节省用钢量40%左右;箱形Q690钢梁采用优化截面时在保证承载力与Q355钢梁相等的条件下,节省用钢量30%左右。
随着炼钢技术的进步,高强钢材在建筑领域逐渐得到应用。相比于普通钢材,高强度钢材具有节约钢材、减小截面尺寸、减轻结构重量、提高抗震性能等优点。对于宽厚比较大的板件,在压力作用下易发生局部屈曲从而降低了构件的承载能力。而设置加劲肋改变了原板件的受力性能和屈曲行为,可以提高被加劲板件的综合刚度,且冷弯加劲具有制作方便、加工成本低的优势。为了探明采用冷弯半圆形加劲的高强度钢梁的受力性能及经济性,采用ABAQUS有限元模型,并与两端夹支、跨中单点加载的H形钢梁试验结果进行对比,验证有限元模型的准确性后,建立翼缘和腹板加劲的H形和箱形截面钢梁受弯分析模型。分别选择4种截面尺寸的H形截面钢梁考察翼缘加劲对钢梁强度和稳定承载力的影响大小,对H形、上翼缘加劲、上下翼缘均加劲的三种截面类型进行数值模拟,对比不同截面形式钢梁受弯强度承载力,通过改变上下翼缘厚度,得到与Q355级H形截面钢梁极限承载力相同时翼缘的厚度,得出不同尺寸情况下相应的用钢量减少比例。分别对H形和箱形腹板设置加劲肋的钢梁截面进行尺寸优化,在保持截面用钢量不变的情况下增加翼缘厚度,对比不同优化截面尺寸时Q355级腹板加劲截面相比于不加劲H形截面钢梁的受弯强度承载力;通过优化的截面尺寸,得到相同承载力时加劲高强Q690钢梁相比于Q355钢梁用钢量的节约程度。研究表明:H形钢梁上翼缘朝外加劲与朝内加劲相比具有更高的受弯强度承载力,翼缘加劲会显著降低整体失稳承载力;相同截面面积的翼缘加劲Q690钢梁比Q355钢梁受弯强度承载力提高1倍以上,相同强度承载力的翼缘加劲,Q690钢梁比Q355钢梁用钢量节约50%左右;腹板减薄厚度且设置一个加劲肋,保证用钢量不变的情况下增加翼缘厚度,钢梁受弯强度承载力更高;H形Q690钢梁采用优化截面时在保证承载力与Q355钢梁相等的情况下,节省用钢量40%左右;箱形Q690钢梁采用优化截面时在保证承载力与Q355钢梁相等的条件下,节省用钢量30%左右。
2022, 37(10): 43-49.
doi: 10.13206/j.gjgS21100901
摘要:
近年来,大跨度空间网格结构在航站楼、会展中心、体育馆等城市大型公建项目中得到了广泛的应用。伴随着新型结构形式的不断涌现,现场安装也面临着巨大挑战。通过对近年来空间网格结构典型案例梳理及几种常用安装方法的优、劣势分析,发现现有安装方法在实际应用中均存在一定的局限性。因此,亟需对更高效的安装技术展开深入研究。以国际FIFA标准建设的广州10万座足球场项目,是国内罕见的球场与商业结合、场心下设地下室的体育文化综合体项目。项目设计灵感来源于“并蒂莲”,取其“含苞待放又紧紧相拥”的优美形态,造型别致。钢罩棚最高点标高为88.600m,最大悬挑长度约91m,自上而下布置3层菱形花瓣状体块,每层花瓣造型由12个单元构成,单根杆件长度可达40~64m,形成巨型带肋空间折板网格结构。在分析现有的高空原位安装、累积滑移安装等方法后,发现存在临时措施量大、交叉作业多、质量控制难等问题。借鉴桥梁竖转安装思路,提出空间网格结构的负角度竖转安装方法。其核心步骤为:低位拼装—竖转到位—嵌补合龙—同步分级卸载。而后,对竖转界面及单元划分、竖转系统设计、转铰构造等关键节点进行分析。基于此,利用MIDAS/Gen大型结构有限元分析软件,对竖转过程关键施工阶段的变形及受力进行施工模拟验算,并与设计施工阶段的结果进行对比,以此验证竖转安装方法的可操作性。分析结果表明:卸载后的钢罩棚整体变形模拟值与设计值基本吻合;竖转法安装技术在安全、质量、临时措施量及进度控制等方面相较于常规的安装方法均具有一定优势,在大跨度空间网格结构的安装中具有广泛的应用前景和实用价值。
近年来,大跨度空间网格结构在航站楼、会展中心、体育馆等城市大型公建项目中得到了广泛的应用。伴随着新型结构形式的不断涌现,现场安装也面临着巨大挑战。通过对近年来空间网格结构典型案例梳理及几种常用安装方法的优、劣势分析,发现现有安装方法在实际应用中均存在一定的局限性。因此,亟需对更高效的安装技术展开深入研究。以国际FIFA标准建设的广州10万座足球场项目,是国内罕见的球场与商业结合、场心下设地下室的体育文化综合体项目。项目设计灵感来源于“并蒂莲”,取其“含苞待放又紧紧相拥”的优美形态,造型别致。钢罩棚最高点标高为88.600m,最大悬挑长度约91m,自上而下布置3层菱形花瓣状体块,每层花瓣造型由12个单元构成,单根杆件长度可达40~64m,形成巨型带肋空间折板网格结构。在分析现有的高空原位安装、累积滑移安装等方法后,发现存在临时措施量大、交叉作业多、质量控制难等问题。借鉴桥梁竖转安装思路,提出空间网格结构的负角度竖转安装方法。其核心步骤为:低位拼装—竖转到位—嵌补合龙—同步分级卸载。而后,对竖转界面及单元划分、竖转系统设计、转铰构造等关键节点进行分析。基于此,利用MIDAS/Gen大型结构有限元分析软件,对竖转过程关键施工阶段的变形及受力进行施工模拟验算,并与设计施工阶段的结果进行对比,以此验证竖转安装方法的可操作性。分析结果表明:卸载后的钢罩棚整体变形模拟值与设计值基本吻合;竖转法安装技术在安全、质量、临时措施量及进度控制等方面相较于常规的安装方法均具有一定优势,在大跨度空间网格结构的安装中具有广泛的应用前景和实用价值。
2022, 37(10): 50-52.
doi: 10.13206/j.gjgS22092204
摘要:
推导了钢-混凝土组合梁的等效抗弯刚度,发现它由两部分组成:一是楼板和钢梁各自绕自身形心轴的抗弯刚度,二是楼板作为上弦、钢梁作为下弦、栓钉作为腹杆的桁架刚度,并给出了简单计算公式,同时介绍了剪切挠度和栓钉抗滑移刚度。
推导了钢-混凝土组合梁的等效抗弯刚度,发现它由两部分组成:一是楼板和钢梁各自绕自身形心轴的抗弯刚度,二是楼板作为上弦、钢梁作为下弦、栓钉作为腹杆的桁架刚度,并给出了简单计算公式,同时介绍了剪切挠度和栓钉抗滑移刚度。
2022, 37(10): 53-53.
摘要:
1问题引入GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》第7.1.2条中规定，对于雪荷载敏感的结构，应该按100年重现期的雪压取值，那何为雪荷载敏感的结构呢?2网友讨论@崔一般轻型的金属屋面是对雪荷载敏感的结构，都要按100年重现期的雪压取值。@长空无名相对于轻质屋面，活、雪荷载都比较敏感，活、雪荷载变化量对总荷载来说影响大，所以轻质屋面是雪荷载敏感的结构。
1问题引入GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》第7.1.2条中规定，对于雪荷载敏感的结构，应该按100年重现期的雪压取值，那何为雪荷载敏感的结构呢?2网友讨论@崔一般轻型的金属屋面是对雪荷载敏感的结构，都要按100年重现期的雪压取值。@长空无名相对于轻质屋面，活、雪荷载都比较敏感，活、雪荷载变化量对总荷载来说影响大，所以轻质屋面是雪荷载敏感的结构。
