不锈钢焊接箱形截面柱轴心受压相关稳定试验研究

不锈钢的非线性材料特性使其构件承载性能不同于普通钢结构构件,需要开展专门的研究。通过焊接加工8个不锈钢箱形截面柱,包括奥氏体型S30408和双相型S22253两种牌号,在试件两端铰接的约束条件下开展轴心承压加载试验。试验中对板材力学性能、试件的局部与整体几何初始缺陷、纵向焊接残余应力分布和加载初偏心进行了测量。加载试验得出了板件的局部屈曲承载力与构件的相关稳定承载力,展示了从组成板件局部屈曲到构件整体弯曲屈曲的渐变失效形态。将试验结果与欧洲不锈钢规范EN 1993-1-4、直接强度法和中国冷弯薄壁型钢结构技术规范GB 50018的计算公式进行比较表明,由于欧洲规范和直接强度法没有考虑不同牌号不锈钢材料力学性能的差异,对双相型S22253构件的承载力计算偏于保守,而奥氏体型S30408构件的计算承载力偏于不安全;而中国规范GB 50018没有考虑焊接残余应力、几何缺陷和材料非线性的不利影响,高估了构件的相关稳定承载力。所得到的试验结果将为后续的数值分析与理论研究提供数据支撑。

芜湖长江大桥箱形压杆稳定性试验研究

使用切割法对芜湖长江大桥板厚 44mm及 40mm的箱形压杆焊接残余应力进行了实测 ,给出了残余应力沿板厚和板宽方向分布的规律及加劲肋对残余应力分布的影响。在实测基础上 ,根据统计原理拟合了用于理论计算的厚板焊制箱形压杆的残余应力分布图式。采用数值积分法 ,编制了压杆极限承载力的有限元计算程序 ,分别考虑初偏心、残余应力等初始缺陷及加劲肋等因素的影响 ,对厚板焊制箱形压杆的极限承载力进行了分析研究。计算结果表明 :随着长细比λ的增加 ,杆件逐渐由压屈特性表现为压溃特性 ;残余应力及初偏心对工程常用构件的极限承载力有较大影响 ,残余应力可使稳定系数 φ值降低近 2 0 % ;芜湖桥箱形压杆的加劲肋对 φ值影响不明显 ,其主要作用在于增强构件的局部稳定。

点焊薄壁构件受集中载荷或均布载荷作用时的翘曲扭转研究

基于点焊薄壁构件翘曲扭转理论,分析和研究点焊双帽箱型横截面薄壁构件中部有集中载荷和整个构件长度上有均匀分布载荷作用时的扭转变形特性。进行数值仿真发现,在构件中部受集中力偶作用时,扭转刚度比与载荷作用点有关,在集中力偶作用附近流过焊点的剪应力很小,并作用点左右两侧的剪应力方向相反;在整个构件长度上受均匀分布力偶作用时,只要两端不约束翘曲,扭转刚度比保持不变等。

铁路钢桥压杆稳定研究的新进展

随着现代铁路桥梁向大跨、高强方向的不断发展,稳定问题已经与强度问题有着同等重要的意义。越来越多的新材料、新工艺、新构造引入铁路钢桥压杆设计中,《铁路桥涵钢结构设计规范》钢桥压杆设计的有关条文有时并不能满足设计需要。目前工程实践大多采用规范、理论计算与试验研究三者相结合的方法进行铁路钢桥压杆设计及验证。在介绍九江长江大桥、芜湖长江大桥、武汉天兴洲公铁两用长江大桥和南京大胜关长江大桥的相关研究结果的基础上,对铁路钢桥压杆稳定的研究进行了综述,并对其发展方向进行了展望。

Q550钢焊接箱形截面压弯构件的局部稳定和屈曲后强度

通过12个Q550D钢短柱的单向偏压试验,研究高强钢焊接箱形截面压弯构件的局部稳定性能和极限承载力;将极限承载力与美国、欧洲和中国钢结构设计规范相关公式计算结果相比较,以验证各规范对Q550D钢焊接箱形截面压弯构件屈曲后强度计算的适用性。结果表明,在翼缘宽厚比b/t=27.9~56.1,腹板高厚比h/t=40.5~80.1,偏心距e_(y)=20~50mm,欧洲和中国规范中的相关公式有较高精度,仍然适用于550D钢焊接箱形截面压弯构件屈曲后强度计算,而美国规范中相关公式有时偏不安全。

中美新规范关于焊接薄壁箱形轴压构件稳定承载力设计方法研究

和前一版本相比,我国《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)(简称《钢标》)和美国钢结构规范(ANSI/AISC 360-16)(简称《16版美标》)均对焊接薄壁箱形截面轴心受压构件的相关条文做了较大修正。修正后的计算公式是否能很好地预测焊接薄壁箱形截面轴心受压构件的稳定承载力尚未见报道。对比了两国新旧版本规范的相关内容,收集了名义屈服强度为235~690 MPa钢焊接薄壁箱形截面轴心受压构件的试验结果和有限元结果,并验证了《钢标》和《16版美标》相关条文的适用性。已有试验和有限元结果表明:《钢标》按b类截面计算构件的稳定承载力较为保守,特别是对于大长细比和大宽厚比构件,如果改为按a类截面计算则偏不安全;《16版美标》偏不安全。

芜湖长江大桥钢梁制造技术

针对芜湖长江大桥钢梁的工程特点 ,介绍了钢梁中的两种主要杆件———整体节点弦杆和锚箱的制造工艺 ,重点阐述了弦杆的制孔工艺和锚箱焊接变形的控制技术 。

沪通长江大桥横港沙浅水区112m简支钢桁梁箱形杆件焊接工艺试验研究

沪通长江大桥横港沙浅水区7孔112m简支钢桁梁箱形杆件采用的Q370qE和Q420qE钢焊接性较好,主要焊缝类型为棱角焊缝和T形接头坡口角焊缝。采用双丝埋弧焊焊接工艺焊接棱角焊缝,双丝电源类型为直流电源+交流电源组合,双丝间距30cm。为研究该焊接工艺的可行性,进行焊接工艺评定试验,制作Q370qE和Q420qE两种不同材质的棱角坡口形式焊接试件,在焊接过程中发现问题并及时调整预定的焊接工艺参数,焊后对试件进行焊缝缺陷、拉伸、冲击、硬度和宏观金相等检测并进行分析。结果表明:焊缝无损检测、力学性能检测、硬度检测及宏观金相检查等试验的检验结果均符合标准要求,验证了所制定的双丝埋弧焊焊接工艺的可行性。实践证明,双丝埋弧焊焊接工艺的运用缩短了箱形杆件的制作工期,提高了箱形杆件的焊缝质量。

闵浦二桥箱形截面杆件全焊钢板组合桁梁设计

以闵浦二桥主桥钢桁梁为背景,从钢板组合桁梁,桁架腹杆体系,横梁、平联与整体空间计算,主桁箱形截面杆件,以及全焊整体节点等方面简要介绍了现代新型箱形截面杆件全焊钢板组合桁梁的主要设计思路和方法。根据简化模型,推导出估算节点板厚度的公式,提倡设计创新理念。

某大桥钢结构吊装安全思路构建探索

以某大桥工程项目为例,针对钢结构吊装安全思路展开分析,包括施工材料安全管理、进场构件安全管理、钢箱梁运输安全控制、临时支墩安装控制、起重机具体站位控制、结构吊装安全控制、结构焊接质量控制等,通过研究做好细节控制管理、提高校正质量水平、加强现场监督管理、做好安全意识宣传等措施,以提高结构吊装安全性,提高钢结构吊装质量。

薄壁箱形构件组装焊接技术

详细分析薄壁箱形构件焊接的特点和难点,并结合工厂实际制作能力制订有针对性的工艺技术措施。这些措施包括从焊接工艺原理的角度,合理、科学地设计出各主要焊缝的形式、主结构装配顺序、焊缝焊接顺序和工艺要求,保证结构受力性能和结构的尺寸稳定,构件制作质量达到优良标准。通过该类型构件的制作,也给建筑钢结构工厂制作工艺赋予了新的涵义——以工厂实际制作能力为本,打破常规,推陈出新,触类旁通。

电渣焊在制作箱型构件中的应用

箱型截面构件壁板与隔板电渣焊时,易产生壁板烧穿和焊缝未熔合现象,通过焊接熔透性工艺试验,调控焊接工艺参数,优选装配坡口尺寸,提高衬条及隔板加工精度,保证了电渣焊质量和焊接效率的提高。

箱型钢结构件焊接变形的控制

箱型钢结构件,焊接施工中既要保证焊接质量,又要控制焊接变形,保证箱型钢结构件的几何尺寸及形位公差。通过工艺分析、反复试验确定合理的施工方案,达到符合GB/T19804几何尺寸A级和形位公差E级、美国石油协会API-4F规范的设计要求,取得满意的效果。

高强钢焊接箱形截面压弯构件局部稳定试验研究

为研究高强钢压弯构件的局部稳定性能,对5个Q460C和5个Q690D钢焊接箱形截面构件进行了单向偏压试验,分析了其破坏形式、局部稳定性能以及承载力;将实测承载力与欧洲规范EN 1993-1、我国标准GB 50017—2017和美国规范ANSI/AISC 360-16相关公式计算结果相比较,以验证各规范对Q460C钢和Q690D钢焊接箱形截面压弯构件屈曲后强度计算的适用性。研究结果表明:所有高强钢焊接箱形截面压弯构件均在柱中附近发生局部屈曲破坏;由轴向压力-轴向压缩变形或轴向压力-水平位移曲线可知,其为极值点失稳;构件的轴向压力-水平位移或轴向压力-应变曲线的形状和局部屈曲模式有关;在翼缘宽厚比为28.1~56.3、腹板高厚比为40.2~80.4、偏心距为20~50 mm范围之内,EN 1993-1和GB 50017—2017中的屈曲后强度计算公式仍然适用于Q460C和Q690D钢焊接箱形截面压弯构件,而ANSI/AISC 360-16中的相关公式需要进一步修正。

天津于家堡综合交通枢纽贝壳形超大跨度单层网壳结构设计关键技术

天津于家堡综合交通枢纽站房屋盖采用单层网壳结构,其建筑外观为贝壳形,目前是国内跨度最大的单层网壳结构。焊接箱形杆件呈空间双螺旋交织布置,为非规则空间曲面造型。结合于家堡单层网壳结构,详细分析了其在跨度、建筑造型、网格形式、节点形式、杆件截面和内力、支座约束、施工方法等方面在工程上实现的诸多突破和创新,形成了独有的工程特点,诸如网格形状大小无一相同、一个节点一种构造、杆件同时承受轴力、双向弯矩、双向剪力以及扭矩的复杂内力、支座水平推力较大等。同时分析了这些突破和创新给网壳结构设计、施工等方面带来的一系列关键技术问题,并且针对这些关键技术问题提出了十字隔板焊接节点、双支座模型等解决措施,为大跨度、非规则单层网壳结构设计提供参考。

国家体育场桁架柱外柱节点设计研究

国家体育场桁架柱外柱节点的几何关系复杂,存在T型、K型及KT型等多种腹杆形式,腹杆侧壁与外柱壁板斜交,还存在与立面次结构相交的情况。焊接薄壁箱形构件相贯节点的刚度差,承载力低。本文通过在外柱内设置横向加劲肋与局部纵肋等构造做法,可以有效提高节点刚度与承载力。对于有次结构的外柱节点,次结构的上、下壁板不能全部贯通,在保证腹杆与外柱传力可靠的前提下,在外柱节点区设置传力三角区。对于K型腹杆节点,翼缘较厚的腹杆贯通;对于KT型腹杆节点,中间腹杆贯通。通过合理设计拼接焊缝位置、采用整板切割等方式,可以有效减少焊缝数量,避免焊缝重叠。采用有限元法分析外柱节点的受力形态,并根据“最大平均应力”的原则确定节点域板件的厚度,实现“强节点”的设计理念,保证节点的可靠性与经济性。

国家体育场桁架柱内柱多腹杆焊接节点性能研究

对国家体育场钢结构桁架柱的节点进行了比例为1∶5的缩尺模型试验研究和有限元分析。该节点为主桁架梁与桁架柱的连接节点,由1根菱形内柱与11根箱形截面腹杆形成的复杂空间管节点,并且节点内布置了许多加劲肋。论文介绍了节点的试验方法,描述了整个加载过程中节点行为和最后的破坏模式。从节点受力性质、构造、几何尺寸等角度,讨论了节点的破坏机理。研究表明节点的薄弱环节出现在受压腹杆,发生局部屈曲。弦杆内设置加劲肋是防止弦杆板件塑性破坏和局部屈曲的有效构造措施。论文提出了实际结构中该节点设计和制作时应采取的措施。

高强钢焊接方形截面偏压构件整体和局部相关屈曲承载力分析

采用有限元软件ANSYS分析了Q460钢宽厚比超限的焊接方形截面偏压构件的极限承载力,研究了板件宽厚比、构件长细比和偏心距对构件极限承载力的影响。基于数值模拟结果,提出了适用于Q460钢宽厚比超限焊接方形截面偏压构件极限承载力的计算方法。研究结果表明,考虑几何缺陷及残余应力的有限元模型能准确地预测焊接箱形截面偏压柱局部-整体相关屈曲的极限承载力;宽厚比超限的高强钢压弯构件的Pu/Py与Mu/Mp相关曲线基本为直线,且随着板件宽厚比(或构件长细比)的增大,Pu/Py和Mu/Mp不断下降。提出的建议计算方法与有限元计算结果符合良好。

天津于家堡大跨度双螺旋单层网壳结构设计

京津城际延伸线终点站交通枢纽工程——天津滨海新区于家堡车站屋盖是大跨度双螺旋单层网壳结构,南北向跨度为144m,东西向跨度为81m,矢高为25m,其建筑外观为贝壳形状,焊接箱形杆件呈空间双螺旋交织布置,双向各有36根,共72根螺旋线构成非规则的空间曲面造型,是目前国内跨度最大的单层网壳结构.本文结合于家堡单层网壳结构,介绍其设计技术参数,重点分析风荷载、雪荷载、温度作用等荷载的分布和取值,并对单层网壳结构的静力性能和稳定性进行了分析.分析结果表明,于家堡大跨度双螺旋网壳结构的强度及位移均满足设计要求,结构体系合理,具有良好的力学性能.本文为于家堡单层网壳结构深化设计提供基础,为大跨度、非规则单层网壳结构设计提供参考.

高强度钢焊接方形截面轴心受压构件的局部和整体相关屈曲

钢结构设计规范GB 50017-2003规定箱形截面轴心受压构件板件宽厚比不应超过y40 235/f,但实际工程中板件宽厚比达到120,远远超过此值。该文采用ANSYS有限元软件建立模型分析了高强度钢(名义屈服强度为460MPa)宽厚比超限的焊接箱形截面轴心受压构件的极限承载力。分析中考虑几何缺陷(整体、局部初弯曲)和残余应力,以及几何非线性和材料非线性的影响。同时,采用曲线a代替规范GB 50017-2003中规定的曲线b,用直接强度法对这些构件进行计算,并将计算结果和有限元模拟结果相比较。针对误差较大的压杆,提出修正的直接强度法。研究表明:该文有限元模型能够很好地模拟高强度钢焊接箱形截面轴心受压构件非线性屈曲的性能;对板件宽厚比B/T≥45的轴心受压构件,有限元计算结果和直接强度法计算结果吻合较好,而对B/T<45者,二者相差较大;提出的修正直接强度法和试验结果吻合很好。