铸钢-钢板焊接索夹受力性能研究

对上海浦东足球场轮辐式张拉屋盖体系中的铸钢-钢板焊接索夹受力性能进行了研究,介绍了屋盖结构体系的特点和索夹的组成。开展了3个不同几何尺寸的足尺索夹承载力试验,研究了在径向索分别达到设计内力、最大设计张力和破断力工况时的索夹性能、最终破坏特征,试验结果表明索夹的承载力能达到设计要求。对试验的索夹进行了有限元数值分析,有限元模型的适用性得到了试验结果的验证,并清晰地观察到整个索夹的应力分布状况。对索夹的构造设计、加工等提出了建议。

圆管混凝土T型焊接节点热点应力试验研究

作为疲劳评估的基础性工作,试验研究了由圆钢管支管与圆钢管混凝土主管组成的焊接桁架T型节点(CFCHS)在支管轴向拉力、压力和平面弯矩作用下的热点应力分布及应力集中系数(SCF)特性.讨论了CFCHS节点的热点应力测试方法和试验结果,并与支管和主管均为圆钢管的T型焊接节点(CHS)进行比较,考察两种节点的性能差异.研究表明:CFCHS节点的热点应力,对主管可采用线性外推方法,对支管需采用二次外推方法;相比CHS节点,CFCHS节点的热点应力分布趋于均匀,SCF显著减小;CFCHS节点支管轴向受拉比受压不利,SCF增大;CFCHS节点几何参数β,τ,γ对主管SCF的影响效应与CHS节点基本一致,但是对支管SCF的影响效应与CHS节点有些差异;混凝土的作用主要是改善CFCHS节点刚度,从而降低SCF,并预期可提高疲劳强度,但混凝土自身强度等级的高低没有显著影响节点的SCF.

上海浦东足球场风洞试验和风振响应分析

上海浦东足球场为跨度211m的轮辐式张弦结构体系,对其屋盖风荷载进行了研究。首先,通过1/300缩尺比的同步多点刚性模型测压风洞试验获得了屋盖上下表面的风平均内压和风压系数;其次,由风洞试验结果分析得到24个风向角下100年重现期对应的屋盖表面的风峰值外压;最后,结合结构的动力特性以及风洞试验结果计算了结构的风振响应和等效静力风荷载。结果表明:屋盖平均内压分布均匀并且随风向角变化不大;在迎风面外边缘可能出现最大的峰值外压;屋盖整体结构沿竖向的平均气动力和等效静力风荷载随风向角的变化有相似的变化趋势。

上海浦东足球场钢屋盖结构设计

上海浦东足球场是国内外首个采用中置压环索承结构体系的足球场,将一般放置在柱顶的压力环向内移动到V形支撑上,形成空间的曲线的中置压环,解决了外置压环索承结构体系不能适应矩形建筑平面的问题。通过有效的找形分析,确定了内环和径向索的预应力,使压环在自重下几乎没有弯矩。通过物理风洞试验和数值风洞试验确定了结构的风荷载,并进行了双非线性整体稳定分析,分析结果表明安全系数满足规范要求。对径向梁进行了局部稳定分析,从考虑截面有效性和最大化利用钢材的角度来选择腹板壁厚。介绍了径向索与径向梁连接节点和索夹节点,以期为其他工程提供数据参考。在屋盖钢结构上布置健康监测系统,对其在施工和长期工作状态进行实时监测,结果表明,各个部位应力监测值与理论值相接近,位形与理论值基本相符,结构安全可靠。

西安国际足球中心屋盖钢结构设计

西安国际足球中心屋盖主体结构采用周边刚性环壳承托的大开口正交索网结构,其设计完全贴合建筑造型的几何形态。索网屋面由外压环、承重索、上下层稳定索、内拉环和折面膜构成,通过找形工作得到合理的索网形态,因屋盖形态复杂,进行了风致雪漂移试验、数值风洞试验和物理风洞试验,屋面拉索均采用进口全封闭索,屋面膜材采用以玻璃纤维为基布的PTFE涂层实体膜材。内圈索网结构为自锚体系,与外圈网壳的连接支座采用施工张拉阶段可滑移支座,用以消除张拉力对外圈网壳的影响。屋盖结构的多模型对比分析结果证明了分析模型的可靠性,双非线性整体稳定性分析结果表明屋盖具有良好的整体稳定性,关键节点的设计分析保证了结构连接的可靠性。基于索网结构的内力分析结果和构件重要性程度,设置了屋盖结构的健康监测系统。

中国黄海湿地博物馆结构设计

中国黄海湿地博物馆在原盐城火车站基础上进行改建,下部结构采用框架+BRB结构,上部屋盖采用大跨度桁架加强网壳结构。对大跨度屋盖选型优化进行了简化模型对比分析,对格构柱底铰接、刚接方案进行了讨论,对超限判断和应对措施、钢屋盖整体稳定和抗连续倒塌能力、下部主体结构加固方案进行了介绍。结果表明:桁架加强网壳结构结合了桁架和网壳结构的优势,钢屋盖整体稳定性能和抗连续倒塌性能均较好。马鞍形屋面相比平屋面,竖向和水平刚度均大很多,结构设计时充分利用桁架加强网壳结构和马鞍形造型的优势,实现了用较小的结构高度实现大跨空间。

某乐园漂流结构设计

本文介绍了上海某乐园漂流游乐项目以下结构设计内容:假山结构设计、约束轴力铰接节点设计、镀锌高强度螺栓设计与施工、半刚接节点钢框架结构设计、腹杆约束上弦平面外屈曲桁架设计、高回填土工泡沫设计与施工和建筑信息模型设计。

雄安体育中心体育场结构设计

雄安体育中心体育场主体结构采用钢框架-支撑体系,屋盖钢结构由外圈屋盖钢结构和屋顶中央网壳组成,看台区域均采用组合型肋梁预制看台板。详细介绍了该体育场结构方案,包括看台钢结构设计、拱脚滑动释放、网壳结构体系、典型节点设计等。通过方案比选,屋顶中央网壳采用分索式索承铝合金网壳的结构体系,提高了索承结构对不规则建筑平面的适应能力。设计中对南侧拱脚进行了施工工序优化,拱脚处采用滑动释放措施,降低了看台钢结构南侧拱桁架的水平推力。本项目位于高烈度区,采用了速度型黏滞阻尼墙作为结构的减震措施,在多遇地震下黏滞阻尼墙作为结构的安全余量储备,在罕遇地震作用下,阻尼墙耗能占比5%。在部分应力较大的铝合金网壳节点中设置腹板加强板,提高了结构的安全性。

上海体育场2021年世俱杯改建结构设计与研究

上海体育场作为承办2021年世俱杯开闭幕式和总决赛的场地,按照国际足联(FIFA)相关的场地要求,需对现有场地及相应的设施进行改建。改建主要有四个方面:接待区域升级、场芯下挖1.7m、首层看台上抬约1.8m和屋盖钢结构悬挑向内延展16.5m,其中屋盖改建方案填补了国内在既有空间钢结构上进行大比例悬挑延伸改建的空白。为实现屋盖如此大比例的悬挑延展,既有屋盖钢结构在新增结构施工前,进行了负载状态下的加固,包括改变结构体系的加固、受力转换的加固和杆件与节点的补强加固,保障了结构的安全。同时为了体育场与科技的完美融合,设计中在新增悬挑段中满布设置了LED天幕和南北侧两块大屏,给观众更好的观赛体验。

腐蚀对钢材和钢梁受力性能影响的试验研究

为评估腐蚀对住宅钢结构性能的影响,首先分别对有涂装和无涂装的Q235B钢材进行了最长达6 400 h的室内盐雾加速腐蚀试验,造成的钢材腐蚀深度等于按已有文献记录的上海大气腐蚀速率计算50 a左右的腐蚀程度,并对这些钢材进行了力学性能试验;然后,分别对有涂装和无涂装的两组焊接H形钢梁进行了最长达2 400 h的室内盐雾加速腐蚀试验,造成的钢材腐蚀深度等于按已有文献记录的上海大气腐蚀速率计算20 a左右的腐蚀程度,并对这两组焊接H形钢梁进行了静力承载力试验;采用最小二乘法回归,分别给出了受腐蚀钢材的屈服强度、抗拉强度和伸长率下降与其失重率的关系式。研究表明:有涂装的H形钢梁腐蚀了2 400 h之后的承载力下降明显,对应挠度值增加明显;比较板厚和单位长度表面积2个几何参数,发现板厚是影响H形钢梁受腐蚀后受力性能的重要因素,翼缘或腹板厚度越小,承载力下降越多、对应挠度值增加越多。

钢材腐蚀对住宅钢结构性能影响的评估

参照已有受腐蚀钢材力学性能试验数据和研究成果,采用有限元数值模拟方法,建立某12层住宅钢结构腐蚀前和腐蚀后的两个模型,对经城市大气25～50年腐蚀后的住宅钢结构性能进行分析,为综合评估住宅钢结构防腐蚀层面的耐久性提供依据。建模时考虑腐蚀引起的构件截面减损和钢材力学性能降低的影响,以及室内外构件所处环境的差别。根据相关规范对结构和构件的验算结果表明:城市大气25～50年的腐蚀削弱了住宅钢结构承重构件的承载力储备,并使结构的侧向刚度降低。鉴于钢结构住宅在使用期内不便进行涂装维护,为了保证结构在50年设计使用期内的安全性,住宅钢结构处于室外的承重钢构件,应确保有10%的承载力储备。

国际乒乓球联合会博物馆和中国乒乓球博物馆大跨度结构设计与分析

国际乒乓球联合会博物馆和中国乒乓球博物馆上部结构采用钢结构框架体系,属于特别不规则的多层建筑结构。为满足建筑功能和效果,沿着互动体验区建筑物外边线设置跨度约42m的大跨度弧形桁架,并在桁架下采用圆钢吊杆下挂楼板。为保证该结构方案的安全性、合理性和经济性,在结构设计过程中采用了三种不同的分析软件,其分析结果均能满足规范要求。对互动体验区大跨度结构进行了吊杆失效分析,结果表明,单根钢吊杆的失效不会引起结构的连续性破坏。对互动体验区进行楼板振动舒适度分析,并通过制定TMD减振控制方案,解决部分工况下加速度超出规范限值的问题。

苏州奥体中心体育场看台结构设计

苏州奥体中心体育场看台混凝土结构的抗侧力系统为钢筋混凝土框架+防屈曲约束支撑结构。体育场混凝土结构为超长结构,最大外边线尺寸达800m。对超长混凝土结构进行应力分析,分析时考虑了混凝土收缩、温度变化、徐变应力松弛、混凝土刚度折减、桩基约束刚度和后浇带的封闭时间。通过上述应力分析并配合严格的施工要求,实现了800m超长混凝土结构不设缝、不设预应力筋。看台混凝土结构有三圈框架柱采用了型钢混凝土柱,对型钢混凝土柱与看台斜梁节点、与防屈曲约束支撑节点、与后张拉预应力梁节点、与钢柱脚节点等进行了详细分析与设计,保证了节点受力性能。

咸阳职业技术学院体育馆游泳馆钢屋盖结构设计

咸阳职业技术学院体育馆游泳馆项目,两馆共用一个钢结构屋盖,其由主体钢结构和四周围护钢结构组成。主体钢结构部分采用三角形管桁架体系,围护钢结构部分则贴合建筑造型,采用单层网壳的结构形式。设计中,单体计算考虑了屋盖钢结构非坐落于地面引起的地震放大影响,对结构体系进行了抗连续倒塌分析,并对结构中关键节点进行了非线性有限元分析。结果表明,项目钢结构体系在使用情况下具有足够的承载能力和抗连续倒塌性能,并具有可靠的节点连接。