江苏钢结构行业现状分析与发展思考

钢结构是绿色环保结构,符合我国建筑业转型升级和高质量发展的需求。为促进江苏省钢结构行业更好更快的发展,江苏省建筑钢结构混凝土协会联合江苏省土木建筑学会钢结构专业委员会,长期坚持开展行业发展调研分析,编制江苏省钢结构发展蓝皮书,以期能为政府部门制定相关政策和企业高水平发展提供参考。2022年度调研分析结果表明,江苏在成为钢结构大省多年的基础上,已初步建成钢结构强省,跨入发展新阶段,但高质量发展仍面临一些亟待解决的关键问题,文章给出了相关建议。

江苏大剧院音乐厅临时支撑卸载方案研究

施工过程中设置临时支撑几乎是所有大型复杂建筑钢结构工程必然遇到的问题,临时支撑的存在,形成了施工安装阶段的临时受力体系。如何选取临时支撑布置及卸载方案对工程建设具有重要意义,不同的临时支撑布置和卸载方案其辅助用钢量也会不同,如何在确保安全的前提下,提高经济性是施工研究的关键问题之一。以江苏大剧院音乐厅屋盖钢结构施工安装为背景工程,采用有限元软件MIDAS对结构进行临时支撑卸载方案研究,分别对分阶段卸载方案和分区分步卸载方案进行了对比分析。研究表明,江苏大剧院音乐厅屋盖钢结构工程采取分阶段卸载方案较分区分步卸载方案临时支撑用钢量节省约45%,可为类似大型复杂钢结构工程选择合理施工卸载方案提供技术参考。

大型水工铸造轨道与滚轮的接触应力研究

采用平面应力理论来分析滚轮与轨道的接触应力问题。取在压力荷载作用下沿母线接触的两个有限长度钢圆柱作为分析模型 ,分析得出了滚轮与轨道的接触应力和接触区宽度的计算公式。在 5 0 0 0kN长柱试验机上进行了滚轮与轨道的接触问题试验 ,通过测量随着荷载的变化接触区尺寸的变化 ,来验证理论分析的正确性。接触区尺寸采用印痕法测量。试验表明沿滚轮和轨道的侧向存在变形 ,不满足平面应变问题的条件。

焊接工字形截面轴心受压柱简捷设计法

综合考虑轴心受压构件整体稳定、局部稳定、刚度条件和构造要求，取组成柱的板件宽（ 高） 厚比值等于局部稳定要求的最大限值，且柱绕两个主轴丧失稳定时的整体稳定承载力相等，由整体稳定条件推导得出柱承受的荷载与柱最佳长细比之间的关系表达式和数值表，以及柱截面细部尺寸的计算公式．按照所得计算公式，一次便可确定出用钢经济的截面尺寸．

RC框架-钢管混凝土腋撑结构抗震性能分析

腋撑是设置于梁柱节点区域的短斜撑,用于提高结构抗水平力作用性能。与普通框架支撑相比,腋撑能提高建筑的有效使用空间,提高建筑的使用功能。腋撑可采用钢支撑、混凝土支撑以及耗能支撑等形式。钢管混凝土腋撑相比于钢腋撑,其轴向承载力较高;相比于混凝土腋撑和耗能腋撑,其施工更为方便。以新沂市某中学教学楼为背景工程,分别构建RC框架和RC框架-钢管混凝土腋撑结构模型,计算两种结构的振型、自振周期、能力曲线以及刚度退化速率等动力性能指标,通过对比分析,探讨增加钢管混凝土腋撑后对结构抗震性能的影响。研究表明,增设钢管混凝土腋撑后,结构的水平极限承载力和初始刚度大幅提高,层间位移明显减小,RC框架-钢管混凝土腋撑结构是一种抗震性能较好的新型结构。

压弯荷载作用下复合节能轻质墙板的有限元分析

为研究压弯荷载作用下复合节能轻质墙板横向水平受力性能,以墙板压弯试验为基础,建立了压弯墙板有限元模型。通过与墙板试验结果进行比较,验证了有限元模型的正确性,并利用该有限元模型,探讨了自攻螺钉间距、自攻螺钉直径、薄面板强度、薄面板弹性模量等参数对压弯墙板横向水平承载力的影响程度与规律。以此为基础,提出了压弯荷载作用下复合节能轻质墙板横向水平承载力简化计算公式。结果表明:自攻螺钉间距、自攻螺钉直径与薄面板强度、薄面板弹性模量等参数对压弯墙板横向水平承载力有较大影响。

吊车梁的轮压荷载支承长度计算

吊车轮压荷载沿吊车梁跨度方向的支承长度就是吊车车轮与轨道的接触面宽度 ,吊车车轮与轨道的接触问题更接近平面应力问题。采用平面应力弹性理论 ,对吊车车轮与轨道的接触区尺寸进行理论分析。取在压力荷载作用下沿母线接触的两有限长度钢圆柱作为分析模型 ,得出了车轮与轨道的接触区宽度的计算公式。在 5 0 0 0kN长柱试验机上进行了轮子与轨道的接触问题试验 ,接触区尺寸采用印痕法测量。接触区宽度的试验值与理论计算值非常接近 ,可见分析接触问题的方法是合理的。得出的计算公式可供设计时参考。

钢网架封板的设计计算

建立了网架封板的强度计算模型,采用结构塑性极限分析理论,得出了封板极限承载力和厚度的计算公式,可供设计时参考.

砌体短柱偏心影响系数分析

本文对砌体短柱偏心影响系数甲进行了理论分析。所得理论算式计算结果与试验值较接近。为了便于设计应用,文中还给出了甲值的简化算式。这些算式可供设计砌体短柱进行偏心影响系数计算时参考。

大型水工铸造轨道的材料选择和热处理要求

介绍大型水工铸造轨道的材料选择方法和热处理类型 ,给出轨道表面硬度要求的参考值 ,分析得出了轨道表面淬硬层厚度的计算方法 。

不设加劲肋的钢梁腹板高厚比限值研究

分析处于统剪状态的钢梁腹板临界应力，综合考虑弯曲应力和局部压应力及翼缘时腹板的约束作用，得出不需设呈置加劲肋时腹板的高厚比限值计算公式，并给出便于设计应用的硬板高厚比限值简化计算公式．

斜对接焊缝的强度分析

本文对钢结构中常用的斜对接焊缝连接受力性能进行了分析,得出了可供设计参考使用的强度计算公式和不须进行强度计算时,所需满足的构造条件。

抗拉剪摩擦型高强度螺栓连接的设计计算

为使抗拉剪摩擦型高强度螺栓连接的设计计算更趋合理、简便，分析了由弯矩作用引起的受压区板门压紧力变化对连接承载力的影响，提出了弯矩与剪力共同作用时和弯矩、轴力与剪力共同作用时的摩擦型高强度螺栓连接承载力的计算公式及其简化式．

砖砌体轴心受压构件稳定分析

考虑砖砌体的弹塑性性能和构件初始几何缺陷的影响，对砖砌体轴心受压构件进行了稳定分析。分析得出的稳定承载力算式的计算结果与试验值较接近，并得出了达极限承载力时构件的侧向挠曲值的算式。由分析所得轴心受压柱的稳定系数算式可以看到，稳定系数除与构件的高厚比有关外，还与砌体的抗压强度有关，而不应是与砌筑砂浆的强度等级有关。

型钢-钢纤维混凝土组合梁抗弯性能试验研究

为解决型钢混凝土结构中型钢与钢筋相互干扰、混凝土浇筑困难等施工难题,将型钢混凝土梁中的钢筋笼完全或部分替换成钢纤维,形成型钢–钢纤维混凝土组合梁。完成12个型钢?钢纤维混凝土组合梁和1个未添加钢纤维、未设置钢筋笼对比试件的抗弯性能试验。主要研究钢纤维掺量、型钢配钢率、箍筋设置和主筋设置对抗弯性能的影响。增加钢纤维用量能够在一定程度上提高承载力,其影响程度与型钢配钢率有重要的相关性,型钢配钢率越大,钢纤维的影响越突出。纵筋的设置能够大幅提升承载力,箍筋和钢纤维能够使纵筋对承载力的增强效果更为突出。试验结果表明:在相似用钢量的情况下,无配筋的型钢?钢纤维混凝土组合梁不但能够解决型钢混凝土结构的施工困难,而且能够大幅提升延性性能,但由于未配置纵筋,正截面抗弯能力有所削弱;减小保护层厚度,提高型钢配钢率,能够充分发挥型钢翼缘良好的抗弯能力,弥补未设置主筋对承载力的影响,同时增加钢纤维用量,解决因保护层减小而导致的钢与混凝土界面黏结性能变差的问题;在设置钢纤维的情况下,钢纤维掺量较多试件的损伤发展快于掺量较少的试件,并且随着钢纤维掺量的增加,峰值荷载的损伤度越来越大;钢纤维用量越多,试件在峰值荷载状态下的耐损伤性能越好,即使在较严重的损伤状态下也依然能够保持极限承载能力。

高温后结构钢力学性能试验

为了研究结构钢高温后材料力学性能变化规律,对Q 235结构钢加热至不同高温,再经不同方式冷却后进行了力学性能试验。试验表明:结构钢经不同高温冷却后,有显著热变色反映;高温后的弹性模量、屈服强度、抗拉强度和断后伸长率等力学性能变化程度主要与曾经历的最高温度和冷却方式有关。根据试验结果,编制了高温后钢材热变色图谱,提出了高温后结构钢的屈服强度、抗拉强度计算公式,对高温后弹性模量的取值提出了建议。研究成果可供火灾后钢结构损伤评估和加固分析时参考。

高温后正面角焊缝抗拉剪切强度的试验

为了研究高温后正面角焊缝抗拉剪切强度变化规律,对双盖板角焊缝试件加热至不同高温,再采用自然冷却和喷水冷却两种方式冷却到常温,然后进行拉伸试验.试验表明,经历高温不超过500℃的试件冷却后破坏方式为中间钢板母材拉断.经历高温超过500℃后冷却的试件都在角焊缝焊喉处脆性断裂;经高温冷却后正面角焊缝抗拉剪切强度受所经历最高温度值、冷却方式影响较大,900℃以内最大降低10%.根据试验结果,建立了高温后正面角焊缝抗拉剪切强度计算公式.结果可供火灾后钢结构损伤评估和加固分析时参考.

型钢混凝土应力传递与黏结破坏机理分析

以型钢混凝土标准推出试验为基础,分析型钢与混凝土之间的黏结性能与应力传递。在考虑型钢与混凝土之间三维空间黏结作用效果的基础上,建立推出试验的力学桁架模型,该桁架模型可以较好地反映型钢混凝土各种黏结破坏形态的破坏机理。混凝土强度、型钢翼缘的保护层厚度、配箍率、型钢的锚固长度是影响型钢与混凝土之间黏结强度的主要因素,利用桁架模型分析了这些因素对黏结强度的影响,得出以下结论:黏结强度随着混凝土强度的增大而提高;随着型钢翼缘保护层厚度的增加,混凝土保护层所能承担的拉力逐渐增大,极限荷载和黏结强度相应提高;配箍率的增加可以有效提高黏结破坏后的残余黏结力;随着型钢锚固长度的增加,试件能承受的极限荷载增大,型钢与混凝土接触面的黏结强度减小。

大型钢闸门轨道与混凝土基础接触问题分析

水工钢闸门轨道底板与混凝土基础间的接触,是决定轨道和混凝土基础复合系统服役能力的关键.以大型水工钢闸门轮轨支承体系为对象,基于三维接触有限元数值实验和物理模型试验综合分析,探讨轨道截面尺寸、砼基础厚度及砼强度等对轨道-砼基础接触压应力的影响效应.取得研究成果包括:(1)揭示了轨道-砼基础接触压应力在轨道长度、宽度方向上呈现出中部凸起的二角帽形状分布规律;(2)观察到轨道后砼基础厚度取大于2倍轨道高度时轨道应力已趋于稳定,为取混凝土厚度为无限大对轨道进行分析提供了依据;(3)鉴于压应力从轨道腹板传到底板,扩散范围有限,提出tw+3hl为底板宽度的优化取值,可使压应力扩散较为充分而又不存在过多的小应力区.此外,考虑轨道高度和轨道底板宽度对减小混凝土最大压应力的不同贡献,且计及混凝土不同弹性模量时的影响,提出了计算轨道底板混凝土承压应力的设计建议.

大型正多边形气柜壳体的试验研究

对正常工作状态下30万m3正多边形气柜壳体的应力与变形进行现场实测,给出组成气柜壳体的环梁、立柱和带肋壁板的变形和应变随活塞运行高度的变化曲线,分析它们在活塞运行中的受力特点和相互作用,并应用有限元模型进行分析。将简化分析方法推导的公式的计算值、有限元结果与实测数据进行比较,三者吻合较好。研究结果表明,简化设计时环梁可以视为立柱的不动支点;立柱及其两侧的部分壁板,可视为支承于环梁上的弹性地基梁;带肋壁板可视为支承于立柱上的宽翼缘梁,且存在剪力滞后现象;壁板可视为支承于横肋上的连续板;建立气柜壳体的四分之一有限元模型进行设计分析是可行的;将气柜壳体展开为平面结构体系的简化分析方法具有较好的适用性。