双相不锈钢S32001冷弯卷边角钢弯扭屈曲承载力设计方法

深入分析双相不锈钢S32001冷弯卷边角钢悬臂构件的弯扭屈曲性能,并提出可靠的设计方法,实现此类构件作为地铁疏散平台支架的大规模应用。对双相不锈钢S32001冷弯卷边角钢悬臂结构展开了试验研究与有限元分析,研究了角钢卷边宽厚比对角钢悬臂结构弯扭屈曲性能的影响,并基于弹性屈曲理论建立了冷弯卷边角钢弯扭屈曲承载力计算方法。截面肢长相同时,卷边角钢截面构件的极限承载力较普通角钢截面构件可提高70%~145%。随卷边宽厚比a/t增大,卷边角钢构件抗弯承载力比值M n/M y呈上升趋势。采用所建立的计算方法得到的预测结果与有限元分析结果吻合良好。双相不锈钢卷边角钢悬臂构件具备出色的弯扭屈曲承载能力,在工程结构中具有广阔的应用前景。

带拼接板螺栓连接耗能梁段的可恢复功能钢框筒结构抗震性能研究

为了提升传统钢框筒结构的延性和耗能能力,提出采用拼接板螺栓连接的可恢复功能剪切耗能型钢框筒结构(FTS-SRSL),该结构结合了可更换剪切型耗能梁段和钢框筒结构具有良好的抗震性能。该文对一个2/3缩尺的单层单跨FTS-SRSL子结构试件进行了往复加载试验,试验结果表明,FTS-SRSL子结构试件具有良好的抗震性能,结构损伤集中于耗能梁段,且耗能梁段可实现更换。在试验的基础上,以耗能梁段长度比、耗能梁段腹板加劲肋间距、螺栓直径、翼缘拼接板和腹板拼接板厚度为参数,利用ABAQUS建立了15个足尺的单层单跨FTS-SRSL有限元模型,探究各模型的抗震性能,包括承载力、刚度、耗能以及塑性变形能力。有限元分析结果表明:改变拼接板螺栓连接的剪切型耗能梁段长度比会显著影响结构的承载力、刚度及耗能,建议FTS-SRSL中的拼接板螺栓连接剪切型耗能梁段长度比取0.73~1.09;改变耗能梁段腹板加劲肋间距对结构的承载力、刚度和耗能影响较小,基于该文的分析结果,建议FTS-SRSL中的拼接板螺栓连接剪切型耗能梁段腹板加劲肋间距取e/4~e/3(e为耗能梁段长度),且间距应满足我国抗规的规定;改变翼缘拼接板和腹板拼接板厚度对结构的承载力、刚度及耗能基本无影响;改变螺栓直径对结构承载力、刚度及耗能影响较小。

薄柔钢框架抗震性能试验

为实现钢结构住宅轻量化,采用大宽厚比钢构件组成的薄柔钢框架体系,通过合理的截面组配,实现体系的承载力与延性的平衡。为了研究薄柔钢框架体系的抗震性能,制作两个足尺薄柔钢框架,包括S1级、S3级和S4级截面宽厚比的构件,进行拟静力试验分析其破坏机制、滞回曲线、承载能力、延性和能量耗散能力等。结果表明:两个试件均以梁端和柱底区域局部屈曲变形为主要破坏模式,首次局部集中破坏出现在梁端,导致试件达到极限承载状态;在框架结构中关键位置屈曲变形的发生顺序和发展程度对框架的抗震性能有显著影响;薄柔钢框架结构在搭配不同截面宽厚比的构件下,可以在实现轻量化的同时仍有较高的延性和塑性耗能能力。最后,基于试验结果采用ABAQUS软件建立试件的有限元模型并进行参数分析,得到了在不同截面组配下模型的破坏机制及对应屈曲截面的内力变化。

往复荷载作用后钢管混凝土柱-组合梁节点耐火性能数值分析

为研究钢管混凝土柱-组合梁节点在往复荷载作用后的耐火性能,利用有限元软件ABAQUS建立了该节点的有限元分析模型,并与已有试验结果进行对比验证。在此基础上,分析了往复荷载作用后塑性损伤和残余变形对组合梁节点火灾下的应力和变形的影响,以及不同损伤程度、荷载作用水平和防火保护层厚度对节点耐火极限和破坏模态的影响。结果表明:地震预损伤对节点的耐火极限有不利影响,且随损伤程度的增加,耐火极限下降明显;重度损伤下节点的耐火极限与无损伤节点相比降低了23.5%;重度损伤的节点在火灾作用下形成塑性铰,且产生较大的耗能损伤,轻度和中度损伤下未形成明显塑性铰,耐火极限分别仅下降1.0%和3.6%;对于以梁损伤作为预损伤模式的节点,梁荷载比和防火保护层厚度是影响有地震预损伤节点耐火极限的主要因素;随柱荷载比的增大,耐火极限呈降低趋势,但整体影响不大。

方钢管GT形钢组合T形截面柱轴压稳定承载力分析

为进一步研究影响方钢管-T形钢组合T形截面柱轴压稳定承载力的因素,采用ABAQUS有限元软件建立考虑残余应力和初始几何缺陷影响的方钢管-T形钢组合T形截面柱的有限元模型,并利用已有的试验数据校准ABAQUS有限模型的准确性。基于建立的模型,对比分析了初始几何缺陷、残余应力、钢材强度及截面尺寸和正则长细比对方钢管-T形钢组合T形截面柱轴压稳定性能的影响。研究结果表明:残余应力对构件稳定承载力影响并不显著;钢材强度,截面尺寸对构件稳定承载力影响显著。

基于Dynamo的Revit-Midas/Civil斜拉桥模型信息转换

BIM模型不支持有限元计算,且BIM模型与有限元分析模型数据交互困难,故BIM技术正向设计过程中存在建模效率低、模型修改困难等问题,无法做到BIM结构设计与有限元力学分析一体化,增加了结构模型建模与纠错成本.本文依托Revit和Midas/Civil软件平台,在Dynamo环境下采用IronPython语言设计了一套Revit-Midas/Civil的模型信息转换程序.以博士大桥主桥为对象,通过程序自动实现:1)Revit模型桥梁构件分解、截面特性计算、拉索及梁塔弹性连接处理,并转换成适用于Midas/Civil的语言格式MCT文件,实现了Revit向Midas/Civil模型信息自动转换;2)将有限元计算结果反馈到Revit模型中,对作用效应信息按数值大小赋予渐变颜色,实现了在BIM模型中显示有限元分析结果的展示功能.本文程序可实现Revit-Midas/Civil模型信息转换,有效提高了BIM正向应用效率,弥补了BIM技术在桥梁结构分析方面的不足.

输电塔半刚性连接钢管构件轴压稳定性能研究

为了研究输电塔半刚性连接钢管构件的轴压稳定性能,对60根钢管试件进行了轴压试验,分析了其失稳破坏模式和稳定承载力,并与现行设计规范计算的承载力进行了对比;建立了半刚性连接钢管构件的有限元模型,经与试验结果对比验证后开展了参数分析,研究了初始转动刚度、径厚比、材料强度以及初始缺陷对半刚性连接钢管构件的稳定系数-长细比曲线的影响;基于有限元分析的结果提出了半刚性连接钢管构件的轴压稳定计算公式。研究结果表明:半刚性连接构件的试验稳定承载力均大于铰接构件的试验稳定承载力,在所有试验工况中两者的相对差距最小为5.6%;中国和美国现行设计规范计算得到的钢管构件稳定承载力总体偏保守,分别约为试验结果的0.78倍和0.89倍;影响半刚性连接钢管构件稳定承载力的主要因素为长细比、初始转动刚度以及边界条件;提出的半刚性连接钢管构件轴压稳定计算公式能准确地预测其稳定系数并具有良好的适用性,可为实际工程提供参考。

火灾下部分包覆钢-混凝土组合构件升温数值模拟分析

为研究部分包覆钢-混凝土组合(steel-concrete partially encased composite,PEC)构件火灾下的传热性能,首先采用PEC构件标准火灾试验验证了二维有限元模型,然后对火灾下带有防火保护的PEC构件的升温过程及主要影响参数进行研究分析。研究表明,不同防火保护条件下,PEC构件H型钢腹板最高点温度均位于翼缘与腹板交点处,PEC构件截面温度最高点位置均位于翼缘端部。H型钢截面形状系数、翼缘厚度、腹板厚度以及H型钢高度、宽度等参数对PEC构件升温均有影响,其中影响较大的是翼缘厚度与H型钢宽度。通过将H型钢标准规格截面进行分组模拟,计算PEC构件在标准升温条件下所需防火层厚度,给出不同防火保护措施及不同耐火极限下,PEC构件防火层建议厚度设计值。

加强型Q460C方钢管间隙N型节点承载力研究

为考察加强构造对N型节点失效机理和承载力的影响规律,对加强节点和基本节点进行了主管轴压静力加载试验,试验结果表明:基本节点的破坏模式为主管上翼缘受拉鼓曲开裂,加强节点破坏模式为加劲板屈曲和覆板焊缝受拉开裂;加强节点的承载力较基本节点提高了9.4%~36.5%;增加覆板厚度,可明显提高节点承载力。采用ABAQUS软件对覆板和加劲板加强的Q460C方钢管间隙N型节点进行了有限元参数研究,考察了主管宽厚比γ、主支管厚度比η、主支管宽度比β、受拉支管与主管夹角θ、支管间距与主管宽度比ξ对节点破坏模式、应力分布、主管荷载-位移曲线和覆板焊缝断裂指数I f的影响规律。根据试验和数值模拟结果,提出了覆板和加劲板加强的Q460C方钢管间隙N型节点承载力计算式和构造设计建议。

建筑钢结构火灾后检测与评估研究进展

建筑结构火灾事故频发,火灾可能对建筑物造成严重损伤,甚至引起建筑物倒塌,导致人民生命和财产的巨大损失。对于遭受火灾但未倒塌的建筑物,通过修复加固后可实现再利用。修复加固前,需要对受火损伤的建筑结构进行科学、详细、准确的检测和鉴定,确定建筑结构材料的剩余强度和构件的损伤程度,为建筑结构的修复加固提供依据,从而达到经济且安全地恢复建筑结构使用功能的目的。归纳了火灾后建筑钢结构检测与评估的研究进展,介绍了建筑结构火灾后现场调查分析的步骤和方法,分析了构件及火场经历的最高温度的判定方法及其适用性,指出了火灾后钢材力学性能推断与检测的方法及其优缺点,论述了构件及结构火灾后残余变形的测量内容和方法,总结了火灾后构件及结构剩余承载力的相关研究及验算方法。同时指出了有待进一步研究的问题,为建筑钢结构火灾后检测与评估的理论研究和工程应用提供参考。

基于改进遗传算法的不锈钢混合硬化模型参数快速标定方法

基于常用结构奥氏体不锈钢S30408、S31608以及双相不锈钢S22053的循环加载试验结果,提出了基于经典混合硬化模型的改进遗传算法和自适应子步积分方法联合使用的模型参数快速标定方法。试验表明,3种牌号的结构不锈钢在大应变幅度下的循环硬化/软化行为普遍表现出明显的应变幅值依赖性和断裂前的硬化不饱和性,这与常用的碳素钢有显著差异。结果表明,该方法相较于传统标定方法显著减少了人工工作量和时间成本,且具有良好的精度和广谱性,更适用于不锈钢等不存在稳定滞回环的循环硬化不饱和及Non-Masing材料。相较于两种常用的传统标定方法以及基本遗传算法,提出的改进自适应遗传算法具有更高的计算效率和精度,且与多种加载制度试验结果吻合良好。

循环利用损伤对螺栓球节点受拉承载性能的影响

为促进建筑节能减排和全过程减碳,建筑拆除及回用关键技术成为了当前研究的重点。螺栓球节点作为建筑结构中的一种关键节点,其循环利用过程对受拉承载能力的影响却鲜少被研究。因此,对螺栓球节点开展了考虑循环利用损伤的轴拉力学性能试验研究。研究结果表明:当持荷水平不大于高强螺栓承载力设计值的90%、拆装次数不大于10次且锤击损伤程度不大于80%时,反复拆装损伤对节点抗拉承载力的影响可忽略不计,锤击损伤对反复拆装节点的受拉极限承载力的影响可采用0.95的安全系数来考虑;无论是否发生锤击或打磨损伤,节点抗拉承载力随拧入缺陷损伤的增加几乎呈线性下降;在拧入缺陷损伤的基础上,锤击或打磨损伤对节点承载力的影响在20%范围内;其余条件相同时,双侧锤击或打磨损伤比单侧损伤对节点抗拉承载力的影响小,打磨损伤比锤击损伤对节点抗拉承载力的影响小。工程中对该类节点进行拆除及回收利用时,须严格控制拧入缺陷造成的螺纹损伤并注意单侧锤击损伤。

考虑初始缺陷的桥梁高大施工支架整体稳定性能研究

高大施工支架是大跨度复杂桥梁工程中常用的钢结构支撑系统。实际工程中由于受到高大施工支架加工安装误差、超限受力或不均匀受力等因素影响,因此钢结构施工支架存在节点连接不牢固、杆件弯曲变形等初始缺陷。为明确初始缺陷对桥梁高大施工支架整体稳定性能的影响规律,首先开展了桥梁高大施工支架的线性屈曲分析,进而探讨了节点半刚性、杆件初弯曲等初始缺陷对桥梁高大施工支架极限承载力的影响规律。为提高桥梁高大施工支架极限承载力的求解精度,引入刚度系数来衡量节点半刚性,综合考虑节点体对杆件计算长度的影响,并提出模拟节点三向六自由度的方法以简化计算。研究表明,结构的极限承载力与刚度系数相关,实际工程中应保障刚度系数在4以上。以第一阶整体屈曲模态作为结构初始几何缺陷时,缺陷对于结构的极限承载力和跨中平面外位移的影响更显著;以第二阶屈曲模态作为结构初始几何缺陷时,缺陷对于结构的边杆平面外位移的影响更显著。

大跨度钢结构施工过程的数值模拟与二次开发

大跨度钢结构空间造型丰富,施工阶段结构的传力路径与最不利受力位置动态变化。为解决施工过程结构分析与安全复核时建模计算流程繁琐的问题,基于AutoCAD与ANSYS软件开发了大跨度钢结构一键式建模、计算与结果读取的插件。该插件采用C#语言调用AutoCAD.NET框架,读取并输出大跨度钢结构图纸文件中的模型信息,自动生成结构有限元建模、计算与结果读取的APDL命令流,可用于大跨度钢结构施工过程的数值模拟与安全评估。以某单层球面网壳结构为例验证了所开发的大跨度钢结构建模分析插件的有效性,使用该插件快速建立了有限元分析模型,并复核了结构在施工阶段的内力和变形。研究结果表明,单层球面网壳结构在施工全过程中满足强度和稳定性要求,内力和变形在安全范围内且满足设计要求。该插件能够高效、准确地将大跨度钢结构信息由CAD软件传递至CAE软件,完成施工过程的数值模拟与安全评估。

焊接方钢管T型节点的初始刚度分析

节点的初始转动刚度对构件之间的内力分布影响显著,然而现有计算角焊缝焊接方钢管T型节点初始转动刚度的组件法并未考虑角焊缝的影响,造成对初始转动刚度的低估。本文基于原始组件法,提出修正组件法来计算该类节点的初始转动刚度,重点考虑角焊缝尺寸的影响,并将修正组件法与原始组件法和试验进行对比以验证其可靠性。结果表明:本研究提出的修正组件法计算得到的节点初始转动刚度与试验中节点初始转动刚度之比的平均值为0.997,协方差为0.013;对于原始组件法,节点初始转动刚度的计算值与试验值之比的平均值为0.679,协方差为0.016。本文提出的修正组件法比较精确,且与原始组件法相比具有更佳的预测性能。

分阶段卸载在连体提升施工中的应用分析

连体结构在连体与塔楼间采用刚性连接时,该连接段受力复杂,特别是在考虑提升施工的影响后,连接段杆件受力与设计一次成型的杆件受力有显著区别。由此提出可通过分阶段卸载的方式使连接段内力与设计状态对应内力接近。分阶段卸载的分析可归纳为3个关键步骤:首先根据施工方案、现场环境等客观因素确定卸载方案;再采用有限元软件获取每个阶段(含多次卸载及拆杆)的杆件内力变化情况;最后通过优化理论可获得单次阶段最佳的卸载量分析。以杭州云门钢结构为例,进行分阶段卸载的方案探讨、计算假定的验证以及结构空间效应分析,结果表明分阶段卸载极大提高了施工后与设计一体成型的连接段结构内力的一致性。

基于连续强度法的不锈钢梁抗剪切性能研究

不锈钢结构因具有良好的耐腐蚀性、容易维护等优点,逐渐成为工程建设领域中广泛使用的高性能绿色建筑材料。但不锈钢具有应变强化特性,现有设计规范计算工字形截面梁的抗剪切承载力结果较为保守,基于连续强度法,对不锈钢工字形截面梁的剪切屈曲承载性能进行研究,考虑了不锈钢材料几何非线性和几何初始缺陷的影响。基于试验验证的有限元数值模型,开展不锈钢梁抗剪切承载力影响的参数分析,探究各关键参数对其的影响规律,并与现行规范(中国、美国、欧洲)的计算结果进行对比。结果表明,在腹板厚度等参数不变的情况下,不锈钢工字形梁腹板的极限承载力会随着腹板宽高比的增加而降低。中国规范计算结果较为保守,低于构件的实际抗剪切承载力。连续强度法可以对不锈钢工字形截面的抗剪切承载力进行较为准确的计算。

建筑钢结构智能制造研究及进展

加快钢结构制造智能化升级,发展新型建造方式,不仅是推动建筑业高质量发展的重点任务,也是我国向制造强国目标迈进的主攻方向。建筑钢结构制造属于典型的离散制造生产方式,具有标准化程度低、生产批量小和种类多样的特点,目前多采用人工辅助的机械化生产,制造生产方式仍然比较落后,因此解决建筑钢结构制造的关键技术问题对实现建筑工业化和智能化具有重要意义。针对建筑钢结构智能制造存在的装备智能化程度低、制造工艺较传统及生产管控数字化不足等问题,研究了建筑钢结构智能制造生产线规划设计、智能装备和先进制造工艺技术以及生产过程数字化管控等诸多内容,并通过数字孪生模型和微型生产线联调联动测试实验对智能生产线的可行性进行了技术验证,为钢结构智能生产线设计和既有生产线升级改造提供了很好的应用示例。

大型钢结构的防震性能研究

为了提升大型建筑的支撑稳定性,本文提出了一种基于桁架结构的大型钢结构设计方案。依托这种结构设计,给出了施工过程中的优化流程。进一步,分别从虚功、增量、自振3个角度建立了3种数学模型,对大型钢结构的震动响应进行分析,并给出了详细的解算过程。测试试验过程中,针对大型商场内的大型钢结构进行防震性能测试,证实了第三模型的分析效果最佳,也发现了第5个测试点位上的震动响应最剧烈,需要进行加固处理。

深度学习在钢结构货架变形预测中的应用研究

随着工业化和物流行业的发展,钢结构货架在仓储和物流系统中越来越重要,因此准确预测其变形至关重要。文章介绍了一种基于双向长短时记忆网络(BiLSTM)和注意力机制的预测算法,该算法利用时间序列数据,通过深度学习模型进行训练,能够更细致地分析和预测钢结构货架的变形。结合一个典型应用验证了模型性能,证实了其高稳健性和出色的预测精度。实验结果表明,该模型能够准确地预测钢结构货架的变形情况,其平均误差仅为0.15%~3.33%。这些结果表明了该算法在钢结构货架自动化监测领域的潜在应用前景,为其结构变形预测提供了一种可行的解决方案。