台风作用下轻钢屋面自攻钉节点的静力-疲劳统一设计模型

对已受疲劳损伤的V125型屋面板自攻钉节点进行静力拉伸试验,获得该类节点在不同幅值疲劳加载作用后的剩余承载力,并分析其在受静载作用下的损伤演化过程,提出了风致疲劳作用下的承载力折减及退化系数计算方法,建立了静力-疲劳统一设计模型.根据实验结果,推导拟合了风速与风致疲劳折减系数的相关关系.根据我国沿海11个城市的台风风速概率信息,给出了适用于相应城市的V125型自攻钉节点的静力-疲劳承载力退化模型.结果表明:V125型自攻钉节点的疲劳极限为其静力极限承载力的20%;在风致疲劳作用下,中国台北的轻钢屋面自攻钉节点的疲劳损伤折减系数最大,上海地区自攻钉节点的疲劳损伤折减系数最小.

冷弯不等肢复杂卷边角钢轴压试验及承载力设计方法

为研究冷弯薄壁不等肢复杂卷边角钢屈曲性能和稳定承载力设计方法,对24根不同截面、长细比、宽厚比的不等肢复杂卷边角钢进行了轴压试验。试验结果表明,长细比较大且宽厚比较小的试件易发生弯扭屈曲,长细比较小而宽厚比较大的试件易发生局部屈曲或弯扭和局部相关屈曲。采用ABAQUS有限元软件对试件进行了有限元模拟,屈曲模式和承载力与试验结果吻合良好,表明建立的有限元分析模型是可行的。因此可采用经验证的有限元模型对不同长细比、卷边形式和卷边比的轴心受压不等肢复杂卷边角钢进行了参数化分析。结果表明,试件极限承载力受长细比的影响最为明显,将卷边比控制在一定范围内或改变卷边形式可提高试件极限承载力。最后将试验结果与直接强度法计算结果进行对比,表明直接强度法计算试件承载力较不安全。因此基于试验和数值分析结果提出轴心受压冷弯薄壁不等肢复杂卷边角钢构件考虑整体屈曲后强度的直接强度法修正公式,并通过对比试验结果和有限元分析结果验证了该修正公式的准确性和可行性。

不同连接节点的重型管道支吊架承载性能研究

随着装配式建筑的快速发展,装配式管道支吊架的应用范围越来越广,与传统焊接支吊架相比,装配式支吊架具有施工效率高、环境污染小等优势。目前针对装配式重型支吊架的设计规范及相关研究较为缺乏,因此针对不同连接方式的装配式重型支吊架展开足尺试验研究,结合数值仿真与理论分析,探究不同连接节点支吊架的破坏形态与承载能力。研究结果表明:不同节点的支吊架破坏形式均表现为横梁弯扭破坏,且符合极值点失稳特征;使用槽钢横梁及半槽型连接件的支吊架承载力明显低于采用端板连接的H型钢横梁支吊架,外伸竖向端板连接结构的承载力优于平齐竖向端板连接,也优于水平端板连接节点;在进行理论计算时,半槽型连接节点和外伸端板连接节点可采用半刚接模型计算,平齐端板连接节点可采用铰接模型计算,4种节点形式的支吊架整体稳定系数均高于规范计算数值,能够满足整体稳定性的要求。

基于三维激光扫描的H型钢尺寸误差与接长精度技术研究

H型钢具有良好的强度、灵活多样的连接方式、结构重量轻等多种优势,在海洋工程、陆地结构工程大量使用,对其制造精度有较高要求。大部分大型H型钢通过钢板焊接而成,由于焊接变形的影响,其长度方向、腹板和翼缘板都存在不同程度的变形,目前采用的是人工钢丝拉线测量方法,通过卡尺逐点测量,效率低、精度差。本文利用三维激光扫描对大型H型钢进行扫描,形成不同坐标系下的点云数据,将多坐标系的点云数据进行空间转换和拼接等处理,形成归一化的H型钢三维空间点云模型;利用平面误差分析算法、结构特征轴线拟合、二维投影直线拟合等方法对H型钢的点云数据进行特征分析,形成H型钢尺寸精度评判模型,进而对H型钢的平面度和对接精度进行分析,形成相关的拟合方程,该方法具有效率高,精度高等特点,对使用H型钢的相关工程有重要的意义。

冷弯薄壁型钢四肢箱形拼合截面柱受压承载能力设计方法

冷弯薄壁型钢四肢箱型拼合截面柱是一种常见拼合柱,主要用于多层冷弯薄壁型钢结构建筑承受集中荷载。对其极限承载力,已有大量试验研究,但仍缺少可靠的设计方法,不便于工程应用。该文基于已有的试验研究成果,建立了相应的数值分析模型,并对模型进行验证。在验证后的数值模型上进行参数分析,分析了具有不同尺寸和构造的冷弯薄壁型钢四肢箱型拼合截面柱承载能力。基于数值法和能量法分别计算拼合截面柱的局部屈曲和整体屈曲弹性临界荷载,并将该临界荷载与美国规范中的直接强度法相结合,提出其极限承载力计算方法。研究结果表明,该文提出的修正方法相较于美国规范中的计算公式精度更高,也偏于安全。

自攻螺钉与拉铆钉混合连接受剪承载性能试验

为改善自攻螺钉连接的构件在地震作用下易发生拉脱导致结构严重破坏的缺点,提升冷弯薄壁型钢组合墙体抗破坏能力,分析了组合墙体层间连接处的传力机理,针对自攻螺钉的破坏模式,提出拉铆钉与自攻螺钉混合连接。为研究混合连接的抗剪性能,共进行了48组连接接头抗剪性能试验,包含冷弯薄壁型钢结构常用的5种连接板厚度,不同搭接板厚比(变化范围1.0~2.0),包含纯自攻螺钉连接、纯拉铆钉连接及混合连接的连接方式。观察混合连接的破坏模式,自攻螺钉未发现拉脱破坏,其破坏模式主要表现为:板承压破坏与螺钉倾斜组合破坏、铆钉剪断破坏及板承压与铆钉部分剪断组合破坏3种;相较单一连接方式,混合连接荷载–位移曲线表现出更长的塑性阶段;当板厚比大于1.5且组合板厚小于3.0mm,混合连接的承载力及延性较单一连接增长明显;利用现有计算方法对混合连接的承载力进行累加计算,与试验结果对比,计算结果偏保守。研究发现:混合连接能较好地弥补拉铆钉和自攻螺钉受剪过程中的缺陷,有效改善自攻螺钉拉脱破坏,从而提升连接的承载力及延性;板厚和板厚比是影响混合连接破坏模式及承载力的重要因素,与单一连接相比,板厚比越大,承载力提升越大;排布方式对混合连接的力学性能及破坏机理影响有限;在本文试验工况下,结合混合连接的破坏模式,在现有计算方法的基础上,提出改善后的计算方法,其计算结果更合理。

嵌入式H型钢梁柱节点受力性能研究

为解决传统标准梁柱节点施工复杂、节点强度低等一系列问题,提出一种嵌入式H型钢梁柱节点结构形式,并设计4个梁柱节点试件(1个标准现浇梁柱节点试件,3个嵌入式H型钢梁柱节点试件)进行试验研究,设置型钢翼缘宽度、剪跨比为主要参数,对4个试件的破坏形态、承载力、变形能力进行对比分析。结果表明:嵌入式H型钢梁柱节点试件的节点核心区柱端混凝土裂缝较少,裂缝分布和破坏位置基本上发生于梁端,充分满足了“强柱弱梁”的设计要求;相较于标准现浇梁柱节点试件,嵌入式H型钢梁柱节点试件峰值承载力、极限承载力、变形能力均显著提高,当型钢翼缘加宽时,试件峰值承载力和极限承载力提升较为有限,当剪跨比大于2.7时,承载力将会明显降低。

钢结构格构柱抗侧向冲击性能研究

为了比较不同缀材格构钢柱的抗冲击性能,采用有限元软件ABAQUS建立了数值模型,并与现有试验进行对比,校核数值模拟方法的正确性。构造相同承载力设计值的3种不同规格的缀板和缀条格构柱,分析侧向冲击荷载作用下柱子响应过程中冲击力、侧向位移、能量等的变化规律。结果表明:缀条格构柱平台冲击力较大,冲击能量吸收能力较缀板格构柱提高了1.5~3.4倍,构件抗弯能力更好;缀条格构柱的抗冲击性能与柱分肢间距呈正相关关系;缀板格构柱主要吸能部件为柱肢,占比为85%~92%,缀条格构柱主要吸能部件为缀条,占比为50%~73%。

冷弯薄壁型钢T形拼合柱轴压性能研究与承载力计算

冷弯薄壁型钢(CFS)全螺栓垫板连接T形拼合柱是一种新型拼合截面柱,在全螺栓连接框架结构中承受集中荷载。目前关于全螺栓连接T形CFS拼合柱轴心受力性能的研究报道较少。基于已有的试验研究成果,建立准确可靠的T形CFS拼合柱数值分析模型,选取构件长细比、板材厚度、垫板的纵向间距等参数,研究在轴压作用下各重要参数对T形CFS拼合柱极限承载力和屈曲模态的影响。结果表明:随着长细比的增大,T形CFS拼合柱的屈曲模式由局部与畸变相关屈曲逐渐转变为整体屈曲,当长细比<104.7时,长细比变化对构件承载力的影响不明显;板厚对构件的承载力变化具有显著影响,在长细比较大的情况下可以改变构件的屈曲模式;垫板的纵向间距对构件的承载力和屈曲模式影响较小,不同垫板纵向间距的构件极限承载力变化均在4.5%以内。最后,将试验和数值分析结果与北美规范中直接强度法计算的名义承载力对比,评估直接强度法对于此类拼合柱承载力计算的适用性。

空腔部分填充的轻钢复合墙体耐火性能研究

为提升内填充轻钢复合墙体的抗火性能,开展了2块双层石膏板覆面岩棉内填充非承重轻钢复合墙体的抗火试验研究,探究了不同填充层布置对墙体抗火性能的影响。试验结果表明:相较于空腔全填充墙体,龙骨无填充墙体受火过程中热翼缘温升更慢、冷热翼缘温差更小;龙骨无填充墙体的承重抗火性能优于空腔全填充墙体的承重抗火性能。同时,在荷载比为0.27的条件下,相较于空腔全填充墙体,龙骨无填充墙体的耐火极限提升了11.5%左右,且龙骨无填充墙体的施工更为简便。因此,可考虑采用墙柱无填充的构造形式来代替内填充构造以提升该类墙体承重抗火性能。此外,所建立的轻钢复合墙体受火传热模拟方法适用于龙骨无填充、空腔全填充等不同构造形式的墙体,可为后续轻钢墙体抗火研究提供参考。

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。

型钢混凝土组合结构施工技术在房建工程中的应用

型钢混凝土组合结构在济南市轨道交通R3线一期工程中济南东车辆段梁、柱安装工程得到应用。应用中形成以下经验:型钢柱的安装中,由于受力大,其安装的位置、标高及垂直度控制十分重要,要通过经纬仪做好观测,其标准应从地面引测,而不能从下节柱顶引上,避免累积误差;焊接质量决定了钢柱强度,其控制关键在于焊接工艺评定、焊后外观和无损检测;型钢的钢筋绑扎涉及到主筋、箍筋节点较多,重点做好主筋穿插、箍筋焊接等,严格按照设计图绑扎;型钢构件支模考虑型钢梁结构的摆放形式,为有利于钢筋绑扎,应先安装底模,再绑扎钢筋,最后支设侧模,确保钢筋绑扎效率和支模质量;型钢浇筑环节,要重点考虑浇筑的密实度和均匀性,要在浇筑时按照预留灌注孔浇筑,确保梁、柱底部填充到位;并按照分层浇筑、对称捣鼓的原则,确保填充密实、均匀。

某除尘器支架加固技术浅析

某除尘器支架在生产使用过程中,由于设计缺陷,支撑结构杆件发生严重的变形。为了使该除尘器正常投入生产使用,不影响整体工艺线的生产,本文对其结构存在的问题进行分析,并针对问题进行处理。

冷弯薄壁型钢纯弯构件截面分类

为研究冷弯薄壁卷边槽钢纯弯构件截面分类,基于试验数据验证后的有限元模型,对不同板件宽厚比下冷弯薄壁卷边槽钢纯弯构件进行了大量的参数分析。结果表明:抗弯承载力随翼缘与腹板宽厚比的减小而增大。在考虑翼缘与腹板相关作用的前提下,基于截面承载力得出板件截面宽厚比限值,提出了冷弯薄壁卷边槽钢纯弯构件截面分类方法。

型钢混凝土组合结构梁板柱施工质量控制要点分析

型钢混凝土组合结构梁板柱是一种目前应用广泛的新型建筑结构,具有高刚度、高强度和抗震性能好等优点。但施工中也会存在一些质量问题,如型钢混凝土梁板柱的连接、型钢混凝土界面黏结等,型钢混凝土梁板柱施工质量控制对结构性能和整体稳定性具有较大影响。通过对型钢混凝土组合结构梁板柱的施工质量控制要点的分析,从型钢与混凝土界面的黏结性能、型钢混凝土梁板柱连接的方式等方面进行了论述,为型钢混凝土组合结构梁板柱的施工质量控制提供了一定的理论参考。

基于ABAQUS的热轧型钢拼合柱轴压性能研究

为深入研究热轧型钢拼合柱的受力性能,采用ABAQUS建立了10个有限元计算模型,分析了长细比、螺栓间距对拼合柱轴压性能的影响。结果表明拼合柱的极限承载力均略低于同截面整柱,当螺栓间距增大到80i时,拼合柱承载力下降到整柱的80%,长细比和螺栓间距对拼合柱承载力影响显著,随着长细比和螺栓间距增加拼合柱极限承载力逐渐降低。

Experimental and numerical study regarding H-steel all-bolted connection steel frame with composite wall boards

H-steel all-bolted connection steel frame structures with heat preservation and decoration composite wall boards were investigated and the seismic performances of three scaled specimens were studied.The failure modes,hysteresis curves,bearing capacity,ductility,energy dissipation capacity,stiffness degradation and strain distribution were discussed.The calculation method of structural theoretical internal force was presented.The results showed that the overall structural seismic performance was better,and the structural ductility met the demands of elastic-plastic inter-story drift angle for seismic design.The H-steel weak-axis connection structure obtained better energy dissipation capacity,and its bearing capacity and stiffness were slightly different from the strong-axis connection.The heat preservation and decoration performance of composite wallboard and the all-bolted connection of the steel frame realized prefabrication during the whole construction period.The plastic hinge of the steel beam can be moved outwards because of the L-angles,which effectively avoids stress concentration in joint areas and expands the plastic hinge range.The errors between the theoretical structural capacity calculated by the plastic analysis method and the test results were within 2.44%.In addition,structural failure mechanisms and bearing capacities were verified by the finite element(FE)analysis,and the effects of the main parameters on the structures were investigated.The FE verification results were the same as in the test.The research results provide theoretical support and technical guidance for the application of thermal insulation and decorative composite wall panels in H-shaped steel all-bolted steel frames.

残余应力对建筑高强H型钢梁柱的承载力影响

在建筑领域中钢结构的残余应力是一个不可忽视的因素。为研究其对建筑高强H型钢梁柱的承载力影响,首先进行残余应力分析,确定不同轴屈曲时的临界应力。再将钢材本构关系划分为弹性阶段、弹塑性阶段和塑性阶段,分析不同阶段的应力-应变关系。最后将梁截面划分为多个矩形块,根据平截面假定计算加固梁截面曲率,采用积分法求总弯矩,进而构建构件内部残余应力对承载力的影响模型。结果表明:残余应力对建筑高强H型钢梁和柱的影响均在翼缘两端最明显,且残余应力增加,H型钢柱承载力降低,残余应力越大,承载力下降越明显。

随机锈蚀H型钢柱偏压承载力分析

为了揭示随机锈蚀对H型钢柱在偏压作用下极限承载能力的影响,采用随机有限元方法对随机点蚀钢柱的抗弯承载力的变化规律进行了研究,考虑了轴压比、几何参数以及锈蚀深度对H型钢柱抗弯承载力折减系数的影响;得到了不同几何尺寸下H型钢柱的适用性,揭示了折减系数随锈蚀深度的变化规律,提出了用于预测抗弯承载力折减系数的理论计算公式。结果表明,所提出的理论公式可以准确预测随机点蚀H型钢柱的抗弯承载力,可为评估既有H型钢柱的极限承载力提供理论基础。

中美结构用冷弯开口型钢标准对比分析

本文针对钢结构建筑中的一类次构件冷弯开口型钢,介绍了中国和美国相关现行标准概况,并从材料、型号与参数、二次加工和安装四个维度开展对比分析,找出中国与美国相关标准的具体差异,有针对性地提出我国相关标准的修改建议,对提升冷弯型钢行业整体水平具有重要意义。