三种新型钢结构体系研究

传统粗放型建造方式存在环境污染、耗能过大等问题。近年来,建筑行业正向绿色节能方向转型,推动钢结构建筑的发展是实现这一转型的重要方法和必由之路。钢结构具有自重轻、强度大、易于安装等优点,根据社会现阶段发展的需求,各种钢结构体系应运而生。为促进新型钢结构体系的发展及其工程应用,结合笔者课题组近年来相关的研究方向和成果,对装配式钢结构、自适应索杆张力结构、不锈钢材料结构三种结构体系的研究进行了详细的总结与介绍。

7075-T6高强铝合金受弯构件局部稳定试验研究

为研究结构工程中高强铝合金受弯构件的局部稳定性能,促进高强铝合金的实际应用,本文针对7个7075-T6铝合金工字形截面梁开展了局部稳定试验研究,包括4个弯剪加载试件和3个局部承压试件,并测量了7075-T6铝合金的材料力学性能和试件的初始局部几何缺陷,重点分析了试件的破坏形态、极限承载力、局部屈曲承载力和荷载-跨中竖向位移曲线.试验结果表明:7075-T6铝合金材料平均名义屈服强度可达约497 MPa,试件翼缘与腹板的平均初始局部几何缺陷幅值百分比分别为0.40%和0.10%.试验中4个弯剪加载试件发生弯剪屈曲破坏,形成拉力带;3个局部承压试件发生腹板局部屈曲破坏,腹板出现明显凸起.采用应变反转法确定了构件的局部屈曲荷载,发现构件的截面利用率和屈曲时应力水平均随着腹板高厚比的增大而降低.跨中加劲肋的布置能大幅度提高构件的承载力和延性.同时,根据试验得到的极限承载力结果,对比了现行欧洲规范(EN 1999-1-1:2007 Eurocode 9)、美国规范(Aluminum Design Manual 2020)和中国规范(GB 50429—2007)中设计方法的计算值,3个规范计算值与试验结果的平均比值分别为0.717、0.682和0.498,表明上述规范预测7075-T6高强铝合金工字形截面受弯构件在腹板屈曲情况下试件的极限承载力偏于保守,其中欧洲规范的预测结果更为准确.

高烈度区双柱式大悬挑高架车站抗震设计

以8度区某双柱式大悬挑高架车站为例,进行了上部结构和桩基抗震分析。结果表明:结构在小震下满足规范的整体计算指标和位移要求,振型分解反应谱法计算结果可包络弹性时程分析结果;大震下结构关键构件基本无损伤,满足性能设计要求;竖向地震分析时,应选择底部轴力法和竖向振型分解反应谱法包络计算结果,且振型数目的增多对竖向振型分解反应谱法计算结果影响很小;对于墩柱,增加芯柱仅提高了其在高轴压比下的延性和承载力;对于地震作用下的桩基,提高承台侧面一定范围内回填土质量以及增加承台埋深,可有效降低桩基最大剪力和弯矩,尤其是弯矩;然而,桩顶固接会使最大弯矩集中在桩顶附近,增加了大震下桩基被破坏的风险。因此高烈度区双柱式大悬挑高架车站抗震设计分析具有一定的代表性,可为高烈度区类似工程提供参考。

不锈钢树状支撑有机玻璃水幕缩尺模型火灾试验研究

不锈钢结构具有造型美观、易于维护、可回收利用、耐腐蚀性能优良等优点,在建筑结构领域具有广阔的应用前景。然而,目前国内外对于不锈钢结构整体抗火性能的研究十分匮乏。基于第十一届江苏省园艺博览会“未来花园”展区,开展了不锈钢树状支撑有机玻璃水幕体系的缩尺模型火灾试验。根据佛罗德相似原理,搭建一1:4缩尺模型,采用0.3m×0.3m的油盘火作为火源,采用正庚烷作为燃料,火源功率为100kW。试验探究了真实火灾下火源上方的空气温度、有机玻璃顶棚下方的空气温度以及不锈钢结构表面温度和热辐射强度的变化情况。此外,利用FDS软件对空气温度场开展了数值模拟,尽管由于风速等环境因素,试验获得的空气温度场波动较大,但总体而言,二者吻合较好。

卷边C形截面不锈钢柱畸变屈曲直接强度法

为研究轴心受压卷边C形截面不锈钢柱的畸变屈曲承载力,采用ABAQUS软件对不锈钢轴压构件进行了非线性有限元模拟,并通过现有试验验证了有限元模型计算结果的准确性。弹性畸变屈曲荷载是采用直接强度法(DSM)的关键参数,首先研究了边界条件对构件承载力的影响,然后对比分析了现有轴心受压卷边C形截面不锈钢柱畸变屈曲承载力的计算方法与试验结果,发现BECQUE等提出的DSM公式与AISI中的畸变屈曲DSM公式均不能准确地预测卷边C形截面不锈钢构件的畸变屈曲承载力。最后,在大量有限元分析的基础上提出了轴心受压卷边C形截面不锈钢柱畸变屈曲承载力计算公式,并采用现有的试验结果验证了该公式的准确性。

基于高温组件模型的火灾下钢框架结构连续倒塌分析

为探究火灾下钢框架结构的整体行为反应和连续倒塌机制,对一个1∶2缩尺钢框架结构开展了角部房间受火工况下的连续倒塌试验,获得了火灾发展全过程的空气温度-时间曲线、构件温度-时间曲线和框架位移-时间曲线,以及火灾下钢框架结构的连续倒塌破坏模式.基于组件法构建了栓焊节点的高温组件模型,推导了高温下栓焊节点弯矩-转角曲线的双折线数学模型.在此基础上,建立了包含栓焊节点高温组件模型的火灾下钢框架结构连续倒塌有限元分析模型,通过与连续倒塌试验结果进行对比,验证了有限元分析模型的准确性,并揭示了火灾下钢框架结构的连续倒塌机制.研究结果表明,钢框架结构在角部房间受火工况下,角柱虽然应力比最低,但由于受到的轴向约束远小于内柱和边柱,将率先丧失承载能力,并退出工作,引发钢框架结构连续倒塌破坏.

新型两阶段耗能开孔式低屈服点钢耗能装置试验研究

为了实现分阶段耗能的目标,基于Q235钢和低屈服点钢2种不同耗能材料,设计了一种新型开孔式耗能装置.根据不同的耗能材料和抛物线开孔方式,构建了具有不同屈服位移的2种耗能钢板,继而组装成整体耗能装置,实现两阶段耗能目标控制.针对2种耗能钢板进行单调加载试验,考察了不同参数状态下单片耗能钢板的屈服机理,给出了单板模型试件的荷载-位移曲线、屈服位移和屈服荷载.对耗能装置开展低周反复加载试验,揭示其两阶段耗能机理与破坏模式,得到耗能装置的滞回曲线、骨架曲线、等效黏滞阻尼比和等效刚度退化曲线.试验结果表明,新型两阶段耗能装置的滞回曲线饱满,耗能性能优越稳定,分阶段耗能特点明显.

卷边C形截面不锈钢短柱承载力直接强度法

为了研究卷边C形截面不锈钢短柱承载力的计算方法,基于直接强度法,构建了轴心受压和两端受弯矩作用的不锈钢短柱承载力假定模型.结合已开展的38根卷边C形截面不锈钢短柱试验结果,通过参数化有限元分析,对98根轴心受压和94根偏心受压短柱试件进行了数值模拟分析,拟合出适用于卷边C形截面不锈钢短柱承载力的直接强度法计算公式.将拟合公式计算结果与试验结果进行对比分析,结果表明,拟合公式具有较高的精度,可以预测卷边C形截面不锈钢短柱的承载力.

高强度螺栓受剪连接抗火性能试验研究

为了考察高强度螺栓受剪连接的抗火性能,用试验方法研究了其在高温状态下和过火冷却后的抗剪性能与行为反应.通过稳态升温试验,对5组(共8个)试件开展了火灾试验,研究了滑移荷载与极限荷载随温度的变化规律;通过常温下试验,研究了6组(共15个)过火后试件的受力性能,揭示了过火温度、过火处理方法和冷却方式对滑移荷载的影响.结果表明:当温度超过350℃时,滑移荷载与极限荷载随温度升高急剧下降;过火温度越高,冷却后试件的滑移荷载值越小,且不同过火处理和冷却方式的试件滑移荷载值是不相同的.拟合出了高温下滑移荷载与极限荷载折减系数以及过火后滑移荷载折减系数的近似计算公式,建议高强度螺栓受剪连接抗火分析的临界温度取350℃,为钢结构抗火研究提供参考依据.

火灾后网架结构的加固与修复设计

结合某实际工程屋面网架结构在失火后的勘察鉴定与残余承载力的分析 。

高温下与高温后Q550D高强钢材料力学性能试验

高强钢具有强度高、韧性好、可焊性优良等优点,其在土木工程中的应用越来越广泛.高强钢在火灾下的力学性能是钢结构抗火设计的重要影响因素.为获取高温下与高温后Q550D高强钢材料的力学性能,基于稳态试验方法,对Q550D高强钢开展了拉伸试验,考察了不同冷却方式(自然冷却与浸水冷却)与过火温度对Q550D高强钢力学性能的影响,获取了不同温度工况下Q550D高强钢的应力-应变曲线和高温下与高温后各项力学性能参数指标(弹性模量、屈服强度、抗拉强度和极限伸长率)的折减系数,并将试验结果与已有规范和文献结果进行了对比分析.结果表明:高温下Q550D高强钢的弹性模量、屈服强度、抗拉强度随着试验温度的升高而逐渐下降,其折减系数均低于各国规范的取值;当温度超过400℃时,高温下Q550D高强钢的弹性模量、屈服强度和抗拉强度下降明显,当温度超过700℃时,3个力学性能指标均接近于零;不同冷却方式与过火温度对Q550D高强钢的弹性模量影响不大;当温度低于600℃时,高温冷却后Q550D高强钢的屈服强度和抗拉强度的折减并不明显,当温度超过600℃时,屈服强度和抗拉强度显著下降,且自然冷却方式下的下降程度更大;高强钢与普通钢高温冷却后的屈服强度与抗拉强度存在较大差别.

南京奥体新闻科技中心整体分析及钢屋盖设计

结合南京奥体新闻科技中心工程,采用反应谱法对其结构进行整体抗震分析,并利用有限元方法对结构中重要构件———V形柱和托梁进行了受力分析。同时,对南京奥体新闻科技中心上部钢结构屋盖设计进行了介绍。通过计算分析,发现该结构的抗震性能较好,V形柱和托梁构件受力合理且安全可靠。

高温冷却后奥氏体不锈钢力学性能试验研究

基于奥氏体不锈钢S30408材料,研究不同温度工况下冷却后不锈钢材料的力学性能.考察空气中自然冷却和浸水冷却这2种方式对材料力学性能的影响,获取高温冷却后不锈钢材料的力学性能指标(弹性模量、名义屈服强度、抗拉极限强度和断后延伸率等)与相应的折减系数,并将试验结果和已有同类试验结果进行对比.结果表明:不同温度工况对不锈钢材料应力-应变曲线中应变值较大(>20%)的区段有着较为显著的影响;当温度工况<600℃时,不同温度工况和不同冷却方式对不锈钢材料的力学性能影响较小;当温度工况≥600℃时,不同温度工况和不同冷却方式对材料的弹性模量、名义屈服强度和断后延伸率存在着影响,且材料的抗拉极限强度随温度升高略为增长,但不同冷却方式对材料的抗拉极限强度几乎没有影响.

“新工科”背景下土木工程专业建设与改革探讨

阐述了土木工程专业以“新工科”理念推进专业建设与发展的必要性与迫切性,并从管理模式转变、“新工科”建设、工程教育认证制度和学科发展以及新时代人才培养等方面进行了剖析。土木工程专业建设和改革要转变“重理论,轻实践”的人才培养传统理念,加强“双师型”教师队伍建设,积极拓展校企合作模式,进一步推进校内外实训平台建设,完善学科竞赛机制,利用互联网做好专业知识普及,全面深化专业改革,构建符合行业需求的人才培养模式。

火灾下压型钢板混凝土组合楼板薄膜效应试验研究

压型钢板混凝土组合楼板是由混凝土与压型钢板组成且共同受力的一种楼板形式,具有施工便捷、受力合理、材料性能充分利用等优点。为了研究火灾条件下压型钢板混凝土组合楼板的承载机制以及破坏模式,采用ISO-834标准升温曲线,对2块压型钢板混凝土组合楼板进行了火灾条件下的试验研究,考察了组合楼板在火灾作用下板顶与板底的裂缝开展和分布情况,揭示了火灾下组合楼板的破坏模式,给出了楼板内部不同位置处的挠度—时间曲线、温度—时间曲线。通过对试验结果的对比分析,证明了受拉薄膜效应力是建筑火灾楼板体系的最终承载力。

常温和高温下不锈钢圆柱头栓钉抗剪性能研究

不锈钢材料具有较强的耐候性、良好的表观性、优异的力学性能,近年来在建筑结构中应用越来越广,且不断地向组合结构延伸.栓钉连接件是组合梁的重要组成部分,是实现混凝土板与钢梁共同工作的关键组件.然而,针对常温下和高温下不锈钢圆柱头栓钉抗剪连接件的受力性能研究尚不够充分,尤其是高温下连接件的荷载-滑移曲线更为缺乏.因此,为探究不锈钢圆柱头栓钉抗剪连接件受力性能,基于国产奥氏体S30408不锈钢材料,首先对常温下不锈钢圆柱头栓钉抗剪性能开展推出试验,获取其破坏模式和荷载-滑移曲线.在此基础上,通过有限元软件ABAQUS,建立了圆柱头栓钉的精细化有限元分析模型,对其常温下和高温下抗剪性能开展了数值模拟分析,且通过已有试验结果验证了有限元模型的准确性.最后,基于已验证的有限元模型,采用相继热力耦合分析方法,对不锈钢圆柱头栓钉抗剪性能开展了抗火分析,揭示了其火灾下的破坏过程和破坏机理,获得了圆柱头栓钉连接件在不同温度条件下的荷载-滑移曲线,为后续不锈钢-混凝土组合梁抗火性能分析提供重要的依据.

在支座不均匀沉降作用下钢板筒仓的整体受力分析

结合某散粮钢板筒仓工程,通过对钢板筒仓在无支座不均匀沉降作用和有支座不均匀沉降作用的有限元对比分析,得出支座不均匀沉降对筒仓结构整体受力有着较大的影响,并给出了一些有益的建议。

中承式系杆钢拱桥设计

结合清江石化公司过河管道桥工程,介绍中承式系杆钢拱桥的设计,利用有限元软件分析系杆钢拱桥的弹性屈曲,并得出了一些对钢拱桥设计有益的结论。

战略性海洋新兴产业发展的基本构想及对策研究——以连云港市为例

近年来,连云港市战略性海洋新兴产业虽发展较快,但海洋资源和区位优势尚未得到充分发挥,在发展中还存在着诸如政策体系不完善、高层次人才匮乏、融资渠道狭窄、产业链条较短等一些迫切需要解决的问题。为此,连云港市应把握机遇、迎接挑战,目前应重点发展海洋生物医药业、海洋装备制造业、清洁能源产业、海水综合利用业、现代海洋商务服务业、滨海旅游业等六大产业,抢占战略性海洋新兴产业发展制高点,努力建成江苏战略性海洋新兴产业发展示范区。当务之急,要在政策体系构建、高层次人才队伍培养、融资渠道拓展、龙头企业培育、产业链条完善等几个方面多下功夫。

钢结构的智能化和界面化设计

对钢结构的智能化设计做了研究与开发。介绍了钢结构的智能化和界面化设计 ,通过利用VisualBasic来编制钢结构软件 ,并与常用结构设计软件接口 ,使钢结构的计算与截面选择均由计算机来自动完成 ,大大减少了在钢结构设计中大量的繁琐计算 。