郝际平:用钢结构落实“双碳”目标

改革开放四十多年以来,我国建筑业发生了巨大变化,特别是各种过去不敢想象的钢结构建筑如雨后春笋般在全国各地随处可见,中国尊、大兴机场、中央电视台、鸟巢(国家体育场)、上海中心大厦、港珠澳大桥等等,都在不断刷新着钢结构建筑的新高度、新跨度、新难度,各种新工艺、新材料、新技术不断涌现,可以说,钢结构取得了辉煌的成就。但是,我们也应看到建筑业的"高污染,高浪费,高能耗,质量不可控"的局面仍然没有根本性改变。

郝际平:人民已不再局限于有房住

过去一年,在新中国历史上极不平凡。面对突如其来的新冠肺炎疫情、世界经济深度衰退等多重困难的严重冲击,在以习近平同志为核心的党中央坚强领导下,全国人民团结一心顽强拼搏,疫情防控取得重大胜利,在全球主要经济体中唯一实现经济正增长,为“十四五”开局奠定了坚实的基础。为了进一步落实好“十四五”规划,在今年的“两会”上,中国建筑金属结构协会参会的代表们纷纷献言献策,针对老旧小区改造、节能门窗、清洁供暖、低能耗建筑、乡村振兴等行业关心的热点问题提出了自己的建议。

全国政协委员郝际平:将门窗列入城镇老旧小区关键改造项目迫在眉睫

“根据目前完成的约4万个已改造小区的情况看,改造工作大多以加固、增加外墙保温、改善适老化设施为主,耗能巨大的门窗几乎很少更换。”今年两会期间,全国政协委员、中国建筑金属结构协会会长郝际平表示,在城镇老旧小区改造中,把门窗列入关键改造项目已迫在眉睫。他认为,目前老旧房屋改造门窗更换工作存在以下两方面问题:一是老旧房屋中门窗更换问题突出。

联肢弯剪型钢板剪力墙抗震性能试验研究

联肢钢板剪力墙结构是将2片钢板剪力墙通过钢连梁连接形成的抗侧力结构。通过对1榀1/3缩尺的4层联肢弯剪型钢板剪力墙试件进行低周往复加载试验,从滞回曲线、骨架曲线、延性、承载力及刚度退化、耗能能力等方面研究了该结构体系的抗震性能,并且对试件的屈服顺序和变形模式进行了分析。结果表明:联肢钢板剪力墙试件的延性系数达到5.03,承载力退化系数均大于0.96,承载力和刚度退化稳定,等效黏滞阻尼系数达到0.25以上,表明联肢弯剪型钢板剪力墙具有优越的抗震性能。加载过程中,连梁先于墙板发生屈服,墙板先屈曲后屈服,此后柱脚和横梁相继屈服。连梁的引入改变了结构的屈服机制,提高了整体的延性和耗能能力,能够组成多道抗震防线,且试件整体最终也体现出合理的破坏机制。整体侧移曲线呈弯剪变形模式。该试验研究更加贴合实际工程中联肢钢板剪力墙结构的应用情况,为联肢钢板剪力墙结构的进一步研究和应用提供了试验基础。

基于EtherCAT总线的空间结构点阵自动同步加载系统研发

大型空间结构试验通常具有加载点数量多、覆盖面积广、加载工况较多的特点,传统的加载方法很难兼顾成本适宜、安全高效。该文提出了一种新型空间结构点阵自动同步加载系统,该加载系统采用水作为试验载荷,应用实时工业以太网EtherCAT总线技术,可实现任意比例下多点同步精确加载。加载系统的控制模块、数据采集模块和加载容器可根据试验需要在控制总线上无限挂载和自由分布,具有通用性强、自动化程度高、安全高效、加载耗材清洁廉价的特点。该文详细介绍了该加载系统的原理与组成,以及EtherCAT总线主从式结构下主站和从站的具体实现,并将其应用于马鞍形正交索网结构承载力试验,整个加载过程中荷载稳步匀速增长、数值稳定准确,验证了该加载系统的可行性和准确性。

装配式蒸压加气混凝土底板叠合楼板力学性能研究

提出了一种装配式蒸压加气混凝土(AAC)底板叠合楼板,该叠合楼板采用带凹槽的预制AAC板作为底板,在凹槽中布设肋梁钢筋,再现浇混凝土形成。通过静力试验和数值模拟研究了该叠合楼板的破坏机理、裂缝分布、承载能力、变形能力和整体工作性能,分析了跨度、配筋率和构造形式等因素对楼板力学性能的影响。对该叠合楼板进行数值分析,验证了有限元模型的合理性。结果表明:叠合楼板试件的破坏形态分为受压混凝土压碎和底板裂缝超限;预制AAC板侧开槽的构造形式能提高楼板的整体工作性能;试件的延性均值在2.5左右,具有较好的变形能力,且试件开裂后刚度变化不大;预制底板配筋率对叠合楼板的极限承载力和刚度影响显著,提高底板的配筋率可以明显提高叠合楼板的承载力和刚度。最后提出了装配式AAC叠合楼板的设计方法。

抢抓机遇 大力发展钢结构建筑

近两年来,党中央、国务院和建设主管部门坚持新发展理念,围绕建筑领域节能减排、科技创新、绿色建材、城市更新、智能建造等发布多项政策,积极部署工作,着力推动建筑业稳步发展。尤其是一系列推动建筑产业现代化和绿色化发展的政策,不仅提高了对建筑安全性能的要求,还为钢结构行业的发展提供了有力保障。

壁式钢管混凝土柱-钢梁嵌入式双侧板节点抗震性能研究及设计建议

以壁式钢管混凝土柱-钢梁嵌入式双侧板节点为研究对象,进行两个足尺试件的拟静力试验,分析节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线,并研究节点承载力、延性、耗能能力和刚度退化等指标。试验结果表明:试件破坏模式分别为侧板外梁端形成塑性铰、节点核心区侧板开裂及轻微鼓曲;试件滞回曲线稳定饱满,曲线呈现梭形,试件延性系数为3.11~3.53,等效黏滞阻尼系数大于0.4,具有良好的耗能能力;刚度退化较稳定,具备较好的抗侧能力。在验证有限元模型合理的基础上,通过有限元变参分析此类节点的滞回性能,结果表明:增加侧板厚度或侧板外伸长度可提高嵌入式双侧板节点的承载力及延性。最后结合试验和有限元变参分析结果,针对此类节点提出设计建议。

考虑有效混凝土强度的中空夹层钢管混凝土短柱轴压性能研究

随着混凝土强度的提高,因为混凝土的脆性导致其强度折减而降低利用效率。然而,现存的中空夹层钢管混凝土(CFDST)柱数值分析模型并没有考虑混凝土强度的折减效应,导致这些模型在分析高强度混凝土填充CFDST柱的性能时出现较大的离散性,从而影响实际工程设计。为了更加有效和准确地分析CFDST柱的力学性能,建立了考虑有效混凝土强度的CFDST轴压短柱纤维单元分析模型,同时,一个考虑混凝土脆性对混凝土强度影响的强度折减系数被引入在该模型中。进一步,通过对比笔者前期试验结果和收集的试验数据,以及现有的纤维单元分析模型,验证了该文提出的纤维单元分析模型具有较高的预测精度。基于验证的纤维单元分析模型,研究了各柱的参数对CFDST柱轴压性能的影响,结果发现:混凝土强度、空心率、外钢管屈服强度和外(内)钢管径厚比影响CFDST柱的承载力和延性,而内钢管屈服强度仅影响CFDST柱的承载力而对延性几乎没有影响。最后,基于试验和数值分析结果,提出了CFDST柱轴压承载力计算公式,并与试验和数值结果吻合较好。

西安国际足球中心索网结构缩尺模型静载试验研究

为了研究索网结构静力荷载下的内力和变形特点,按照1∶10比例设计制作了西安国际足球中心的缩尺模型试件,采用新型空间结构水重力点阵加载系统逐级控制加载,以及DACS-Measure现场测量系统,分别对该模型上半跨、右半跨及全跨进行了分级静力加载试验。试验结果表明:新型空间结构点阵自动同步加载系统能实现任意比例、多点同步精确加载,普遍适用于各类空间结构加载试验;在不同加载模式下,索网竖向变形随荷载增加均基本呈现线性变化,且最大变形发生在索网洞口边缘处;上半跨荷载、右半跨荷载及全跨荷载下索力最大位置均位于索网中轴偏右位置处。研究成果可为我国以后此类索网结构的加工制造及施工应用提供技术参考。

新型冷弯薄壁型钢墙体立柱轴压性能研究

为了研究喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢墙体立柱的轴压性能,文章采用有限元分析和真实试验对比测试了立柱间距、立柱壁厚、截面尺寸、钢材强度等级、两侧砂浆厚度、横撑数量、立柱长度等参数对立柱轴压承载力的影响;结合新型墙体立柱的试验特征,构建基于弹性稳定理论的力学模型,采用能量法和变分原理求解新型墙体立柱弹性屈曲荷载,进一步求解极限屈曲应力修正参数,得到新型墙体立柱轴压承载力的计算方法。结果表明:有限元分析的极限荷载、破坏模式、荷载位移曲线与试验结果较为接近;新型墙体立柱轴压承载力受两侧砂浆厚度、立柱间距影响不大,但随立柱高度增大而减小,横撑个数对纯龙骨立柱轴压承载力影响较大,而对新型墙体立柱影响较小;新型墙体立柱轴压承载力计算时,采用中国规范修正弹性屈曲应力并计算有效面积求得的极限荷载值小于试验值,建议按照中国规范计算的轴压承载力可乘以1.25的修正系数。

FRP-钢复合板剪力墙力学性能试验研究

为进一步提高钢板剪力墙的力学性能,文章将纤维增强复合材料(FRP)引入钢板剪力墙结构体系中,形成一种FRP-钢复合板剪力墙结构。复合板提升的拉力场效应,增加墙-框连接节点的设计难度,受剪墙板在框架-墙板连接节点部位容易发生局部破坏。为解决这一问题,提出增强复合板螺栓连接节点抗剪设计与构造方法,并通过9个复合板螺栓连接节点抗剪试验,探究复合板螺栓连接的破坏模式,验证设计方法的有效性。为验证采用增强复合板螺栓连接节点的FRP-钢复合板剪力墙的抗震性能,完成2个1/3缩尺的单层单跨钢板剪力墙试件的拟静力试验,墙板分别采用复合板和纯钢板,为充分发挥FRP的受拉承载能力,在钢板两侧沿对角度方向各粘贴一层单向CFRP纤维布,两层布的纤维相反方向布置,在墙-框节点连接区采用增强复合板螺栓连接节点,通过对比探究复合板剪力墙的抗震性能指标、破坏顺序和破坏模式。研究表明,墙-框复合板螺栓连接节点铺设CFRP能够提高节点抗剪承载能力,其中增设CFRP 90°铺层能够改善只有45°铺层复合板承载力的突降,提高节点的延性。复合板剪力墙表现出明显的三阶段受力特征:弹性阶段(阈值层间位移角0.4%),前期承载力由弹性模量控制,随后逐渐转变为屈曲强度控制,提升作用随位移增大逐渐降低;塑性阶段(阈值层间位移角1.5%),FRP对钢板的承载力和刚度实现明显的增强作用,呈现上升趋势,同时提升了钢板墙的耗能能力,控制了墙板的面外变形,承载力最大提升30%,刚度最大提升31%;破坏阶段(阈值层间位移角3%),FRP对钢板的承载力和刚度提升作用逐渐降低,随后FRP断裂,复合板剪力墙退化为纯钢板剪力墙结构。

半刚性框架-密肋防屈曲钢板剪力墙抗震性能研究

通过对一个缩尺比例为1∶3的单跨四层半刚性钢框架-密肋网格防屈曲钢板剪力墙的振动台试验研究,并借助数值分析模型,分析了剪力墙的破坏历程、试验模型的振型、结构阻尼比以及刚度的退化规律。研究结果表明:密肋防屈曲支撑可提供较好的支撑作用,避免钢板剪力墙出现整体剪切屈曲;部分网格内钢板形成独立的拉力场,且各网格拉力场逐渐扩展,形成一条贯穿剪力墙的拉力带;直至经历9度罕遇地震作用,结构的侧向刚度未出现明显的退化,与处于初始状态的试验模型相比,降幅为18.95%;结构的塑性发展充分,阻尼比增幅接近1倍。通过对密肋防屈曲刚度的分析,提出了防屈曲约束刚度的计算参考公式。

开洞薄钢板剪力墙低周反复荷载试验研究

薄板墙的滞回曲线在零位移附近有零刚度现象,存在明显的捏缩效应,常规方法是直接采用中厚板或通过强大的加劲体系将薄板转化成中厚板,但这将降低薄板墙的经济性。通过两片开洞薄钢板墙低周反复荷载试验,系统地研究了开洞钢板墙的破坏过程和破坏机理,得到了承载力,侧移刚度,延性和耗能能力等指标。试验结果表明,开洞钢板墙有较高的承载力和侧移刚度,延性和耗能能力很好。开洞不仅可以满足门窗洞口等建筑需求,而且可以减小内填板宽度,调节内填板与框架的刚度比,避免薄板墙的捏缩效应,使构件有更高的安全储备,开洞钢板墙是一种理想的水平抗侧力构件。

半刚性节点钢框架-十字加劲钢板剪力墙结构的数值分析

为了研究半刚性节点钢框架-加劲钢板剪力墙结构体系的抗震性能和传力机理,模拟实际框剪结构的底部两层,对一榀单跨两层1/3缩尺半刚性节点钢框架-十字加劲钢板剪力墙结构进行了抗震拟静力试验研究,在试验模型的基础上,建立了非线性有限元模型,并验证了模型的有效性.考虑影响结构抗震性能的4个主要因素:节点刚度、剪力墙厚度、框架柱的刚度、肋板刚度比,进行了4个系列16个有限元模型的变参数分析.结果表明:降低节点刚度有利于提高结构的延性和耗能能力;增加柱的刚度和肋板厚度可提高结构的初始刚度、承载力和延性性能;增加内填墙板的厚度,将降低试件的延性性能;内填墙板在加载初期非常有效,承担70%～85%的水平剪力,研究为该种结构体系的工程应用和理论分析提供依据.

喷涂式冷弯薄壁型钢轻质砂浆墙体立柱轴压性能试验研究

喷涂式冷弯薄壁型钢轻质砂浆墙体是一种在冷弯薄壁型钢墙体骨架区格间放置聚苯乙烯泡沫板(EPS板),并在型钢骨架与EPS板间以及骨架两侧喷涂轻质砂浆的新型"夹心式"墙体.通过对3根新型冷弯薄壁型钢墙体立柱试件的轴压性能试验,研究新型墙体立柱的受力过程、承载能力和破坏模式,将新型墙体立柱的试验结果与双面挂板立柱结果以及有效截面法计算结果进行对比;并对镀铝锌钢板与轻质砂浆之间的粘结滑移性能进行了初步的试验研究.研究结果表明:新型冷弯薄壁型钢墙体立柱的破坏现象为柱顶的局部压曲,新型墙体立柱与双面挂板立柱相比具有较高的承载力和较好的整体性,有效截面法计算立柱承载力较为保守;镀铝锌钢板与轻质砂浆间的平均粘结强度约为0.266 MPa,钢板的埋置深度与轻质砂浆厚度对两者之间的平均粘结强度影响较小.

毛竹顺纹方向力学性能的试验研究

以毛竹圆竹和竹片为研究对象,研究其顺纹方向的力学性能.通过41个试件的试验研究,获得了毛竹竹片顺纹方向的弹性模量、抗压强度、抗拉强度以及毛竹圆竹顺纹方向的抗压强度和抗剪强度等力学指标,所有强度计算结果转化成含水率为12%时的强度,以消除含水率差异的影响.结果表明:竹材顺纹抗拉强度略大于抗压强度,以圆竹和竹片为测试单位测得毛竹竹材的顺纹抗压强度相差不大,竹节对竹材的抗压强度提高不明显,对抗拉强度和抗剪强度有所削弱.研究还提出了试件破坏现象及原因,为竹结构房屋设计与进一步理论分析提供必要依据.

单边连接高强单角钢压杆试验研究和仿真分析

为了研究单边连接高强角钢在输电铁塔中的受力性能,以48根Q460高强角钢为研究对象,对高强角钢双向压弯受力性能进行了静力加载试验研究.研究了压杆不同长细比时高强角钢的破坏模式、承载力、变形性能、截面应变分布等受力状态.试验表明,构件绕连接肢发生弯曲变形,同时伴有绕角钢纵轴的扭转变形,小长细比试件大多为局部屈曲,大长细比试件为整体屈曲.有限元数值模拟了实际试件的受力性能,结果表明:有限元分析的极限承载力结果偏大,美国ASCE规范值偏于保守,试验值处于美国规范值和有限元分析值之间,且靠近于有限元值.在模型试验和仿真试验的基础上,提出了单边连接高强角钢等效长细比公式.因此,试验结果可以为Q460高强角钢设计提供依据.

深圳大运中心主体育场施工过程模拟分析

深圳大运中心主体育场屋面采用单层折面空间网格钢结构体系,具有悬挑长度大、折面刚度大的结构特点。由于结构形式复杂,施工周期较长,所以建造过程对结构的内力和变形影响较大。利用施工力学的方法对施工过程进行跟踪模拟分析,得出最优的施工方案,使结构的受力和变形趋于设计状态,保证施工过程的安全性。

带约束拉杆壁式钢管混凝土柱拟静力试验研究

为避免在多高层钢结构建筑中柱凸出填充墙,提出了设置约束拉杆的截面高宽比为3.0的壁式钢管混凝土柱,通过2个带约束拉杆壁式钢管混凝土柱足尺试件的拟静力试验,研究其抗震性能。试验结果表明:约束拉杆可以有效抑制两侧柱壁局部屈曲;试件破坏模式为柱底四周钢板受压鼓曲、钢板间纵向焊缝撕裂;滞回曲线较为饱满,无明显的捏拢现象;屈服位移角在1/147 rad~1/121 rad,极限位移角在1/51 rad~1/41 rad,位移延性系数在2.61~3.11,承载力退化系数在0.86~1.04,破坏时的等效粘滞阻尼系数在0.3以上。在试验研究的基础上,建立了该类试件的精细化有限元模型,对比可知有限元结果与试验结果吻合较好,验证了模型的正确性,可为此类构件的数值模拟提供参考。研究成果丰富了矩形钢管混凝土组合构件的类型,促进装配式钢结构建筑的发展。