Investigation on the Fire Resistance of Cellular Steel Beam with Sinusoidal Openings

This paper investigated the fire resistance of CSBs with various parameters under high temperature rise due to fire using finite element software ABAQUS. The mechanical parameters of CSBs are analyzed, including load-bearing capacity and the temperature distribution during the heating process. Through structural analysis simulation of the entire heating process, the structural response of the CSBs is divided into five stages: elastic stage, elastic-plastic stage, self-balancing stage, catenary stage and ultimate destruction stage. The results indicate that the opening diameter-to-height ratio, opening spacing-to-height ratio and load ratio significantly affect the structural responses of CSBs in fire, followed by opening shape as secondary effects. In all the numerical analyzes, CSBs are analyzed with a uniformly distributed load and having simply supported boundary conditions.

Static behavior of semi-rigid thin-walled steel-concrete composite beam-to-column joints with bolted partial-depth flush end plate:experimental study

A new type of semi-rigid thin-walled steel-concrete composite beam-to-column joint has been proposed in this paper.Five semi-rigid composite beam-to-column joint specimens subjected to hogging moments under monotonic loading were tested to study the static behavior of this new type of joint.The main variable parameters for the five joint specimens were the longitudinal reinforcement ratio and the joint type.The experimental results designated that the magnitude of extension of the longitudinal reinforcement is the most important factor that influenced the moment-rotation characteristic of the new type of joint.The concrete slabs could resist 3.8%-19.1% of the total shear load applied to the cross-sections near the beam-to-column connection.The edge stiffened elements,such as the flange of the lipped I-section thin-walled steel beam,were capable of having considerable inelastic deformation capacity although they had comparatively large width-to-thickness ratios.The shear failure of the concrete cantilever edge strip must be taken into account in practical design because it has significant influence on the anchorage of the longitudinal reinforcement in the new type of external joints.

杭州电竞中心结构设计重难点概述

杭州电竞中心内圈主体结构采用钢框架-支撑结构,外圈采用“大倾角梭形斜柱+多段钢折梁框架”,是集承重与抗侧力于一体的结构体系,屋盖采用车辐式索承网格自平衡结构形式。详细介绍了地下结构、中央场馆结构的设计要点,门厅处利用建筑造型空间设计为多段钢折梁与跨层桁架相结合的结构形式;室内二层至三层楼面设计一浮空弧形人行桥,截面形式为薄壁钢箱梁,桥宽2.2m,跨度57m,采用“上挂下支”的稳定结构形式。对整体结构进行了静力弹性、动力弹塑性、振动台试验、典型节点有限元、整体稳定以及局部稳定等系列分析与试验。结果表明:结构在静力荷载和地震作用下强度和刚度均满足规范要求;典型节点极限承载力为荷载设计值的4.17倍;结构整体稳定性安全系数为3.79;斜柱局部稳定安全系数为2.52。合理的设计保证了结构的安全、经济和实用性。

钢管混凝土键连接框架梁和剪力墙的受剪性能

目的 研究钢管混凝土键连接框架梁和剪力墙的受剪性能,为工程应用提供设计依据。方法 应用有限元分析软件ABAQUS对比钢管混凝土键连接与现浇连接梁墙的结构受剪性能,分析前者受剪机理及不同因素对受剪性能的影响。结果 钢管混凝土键连接梁墙的结构承载力和延性系数较现浇结构分别提高约10%和34%;钢材强度从Q235到Q390,初始刚度增加8.44%;截面高度从100 mm到120 mm,延性系数提高17.73%;截面厚度每增加2 mm,承载力提高约15%;截面长度和混凝土强度等级对承载力、初始刚度和延性系数的影响均小于15%,纵向距离对其受剪性能几乎无影响。结论 采用钢管混凝土键连接梁墙的结构总体受剪性能优于现浇结构;钢材强度和截面厚度分别是影响初始刚度和承载力的主要因素。

功能可恢复RCS混合框架结构研究进展

钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)混合框架结构以其结合了混凝土优异的抗压性能及钢材优异的抗弯性能而受到广泛关注,而可恢复功能结构以其震后快速恢复使用功能的能力,也成为地震工程界研究的新热点。功能可恢复RCS混合框架结构可以在弯矩较大的梁端和柱脚部位设置可更换构件,实现结构的功能可恢复能力。文中简述了近年来功能可恢复RCS混合框架结构研究进展,重点关注各类型功能可恢复钢梁、功能可恢复摇摆柱脚的构造研究,介绍了功能可恢复RCS混合框架结构性能分析研究进展。最后,对功能可恢复RCS混合框架结构仍需深入研究的问题进行了展望。

装配式型钢混凝土叠合框架梁连接节点构造设置与安全分析

住房和城乡建设部印发《“十四五”建筑业发展规划》提出大力发展装配式建筑、推动生产和施工智能化升级的主要任务。而国内目前采用的预制叠合框架梁存在着跨度大自重大吊装成本高、预制梁柱节点位置易发生钢筋碰撞吊装定位难度大等问题,限制了装配式建筑结构的发展。结合实际工程项目,提出一种新型的装配式型钢混凝土叠合框架梁,并对该叠合梁的构造设置、连接方式及安全性进行分析,从而为装配式框架结构、框架—剪力墙结构等装配式建筑中框架梁的深化设计提供一种新的拆分方案。

钢框架-偏心支撑结构消能梁暗置侧向支撑设计

在钢框架-偏心支撑结构中,针对钢结构住宅等建筑中不能接受常规消能梁侧向支撑的情况,设计了一种在消能梁段端部的楼板内设置型钢连接件及暗梁组成的暗置侧向支撑。有限元模拟分析表明,在规范规定的消能梁段下翼缘侧向水平荷载的作用下,该消能梁暗置侧向支撑能显著减小消能梁的扭转变形和侧向弯曲变形;在考虑消能梁上局部楼板失效的情况下,暗置侧向支撑也能提供消能梁合适的扭转约束刚度。通过某工程的原位静荷载试验,验证了该暗置支撑对消能梁发挥的预期侧向支撑作用。

焊接空心球连接H型钢Z字形螺栓节点静力性能研究

提出了一种新型焊接空心球连接H型钢Z字形螺栓节点(新型螺栓节点),该节点适用于全装配大跨度弦支穹顶结构体系上部网壳连接。该节点的弦杆采用热轧H型钢,方便栓接、施工便捷、制造能耗低,可以实现部品部件到体系的标准化。为了研究新型螺栓节点的静力性能,对该节点进行了轴压、轴拉、纯弯和压弯荷载工况下的有限元分析,研究了该节点在不同荷载工况下的破坏模式、承载力、刚度、延性等力学性能指标,对比分析了新型螺栓节点与焊接空心球连接H型钢焊接节点(焊接节点)的破坏模式和静力性能。研究表明,在轴压和压弯荷载下新型螺栓节点和焊接节点的极限破坏模式均为H型钢弦杆局部屈曲和屈服,在轴拉荷载下新型螺栓节点和焊接节点的极限破坏模式均为H型钢弦杆全截面屈服,在纯弯荷载下新型螺栓节点和焊接节点的极限破坏模式均为H型钢弦杆局部屈曲。新型螺栓节点可以实现塑性铰远离焊缝和拼接区,符合“强连接,弱杆件”的设计要求。

地震作用下掉层钢框架结构抗倒塌能力分析

采用PERFORM-3D程序对掉层钢框架结构进行了抗震倒塌能力研究。考虑不同的掉层情况和结构措施,设计了2个普通钢框架结构模型和4个掉层钢框架结构模型(其中2个模型带拉梁加强),利用增量动力分析方法对上述钢框架模型进行了易损性分析和抗震倒塌能力评估。结果表明,掉层钢框架结构的抗震倒塌能力与掉层数关系不大;采用拉梁加强的掉层钢框架,上接地侧的抗震倒塌能力和抗震倒塌安全储备性能有所提高,但掉层侧的抗震倒塌能力和抗地震倒塌安全储备降低;增加拉梁的数量对该类结构影响不大,但会改变其破坏模式;上接地侧倒塌模式下,上接地一层是上接地侧最薄弱的楼层;掉层侧倒塌模式下,上接地二层是掉层侧最薄弱的楼层。

大跨斜撑钢结构预应力基础施工全过程受力分析

大跨斜撑钢结构被广泛应用于大型遗址保护工程,基于此,对钢结构基础预应力施工全过程进行研究,发现在结构自重和施工荷载的作用下,柱脚会产生较大的水平推力。由于桩基础的水平承载能力有限,在桩帽之间安装预应力基础梁,以平衡上部结构的水平荷载分量。通过数值模拟对工程实例进行施工分析,以确保关键构件的应力和桩顶位移在极限范围内。

某不规则多层长途汽车站结构设计及分析

某不规则多层长途汽车站工程主要由长途客运站、公交首末站、换乘连廊及站台雨棚组成。长途客运站主体结构采用框架-剪力墙结构+张弦梁屋盖。换乘连廊采用单排柱柱顶铰接的排架结构。主要介绍了具有多排斜柱、扭转不规则、楼板大开洞、凹凸不规则等多项不规则的长途客运站的抗震性能设计、屋面张弦梁结构设计;分析了钢箱梁+钢筋混凝土Y形分叉柱的换乘连廊的结构特点;剖析了钢箱梁考虑剪力滞效应和受压局部稳定影响的有效截面宽度的计算及Y形分叉柱与横梁、Y形分叉柱柱墩支座选型的设计要点。分析结果表明,所采取的合理结构设计确保了结构安全。

大跨度悬挂式单轨钢箱组合梁总体设计及关键技术研究

悬挂式单轨是一种轻型、中速、低成本的新型轨道交通方式,结构轻盈、美观,但是当跨越河流、沟壑等障碍时,存在明显短板。从结构受力、运行安全角度出发,提出一种在斜拉桥的主梁上架设轨道墩柱和轨道梁的新型组合梁结构方案,突破常规悬挂式单轨跨越能力受限的壁垒。为研究斜拉桥主梁与轨道梁墩柱结合部位复杂的受力情况和传力路径,采用ANSYS软件分别建立钢箱梁区段和混凝土箱梁区段有限元模型。结果表明:钢箱梁区段,墩柱荷载主要传递给与之直接相连的横隔板以及中腹板,其中,横隔板受力比较均匀,中腹板受力主要集中在以墩柱为中心,半径约2 m的范围内,基本可以传递至钢梁底板。墩柱轴力的58%传递给与之直接相连的横隔板;墩柱横桥向弯矩的传递过程中,58.8%的剪力传递给与之直接相连的横隔板;墩柱顺桥向弯矩的传递过程中,53.4%的剪力传递给中腹板;混凝土箱梁区段,墩柱荷载主要传递给与之直接相连的混凝土腹板、横隔板。混凝土受力主要集中在以结合面为中心,半径约2 m的范围内,墩柱荷载在结合面以下约0.5 m的范围内基本完成传递,墩柱轴力的68.8%传递给与之直接相连的横隔板;墩柱横桥向弯矩的传递过程中,86.4%的剪力传递给与之直接相连的横隔板;墩柱顺桥向弯矩的传递过程中,44.6%的剪力传递给中腹板。

可恢复功能装配式钢框架梁柱节点力学性能研究

装配式钢结构具有施工快、工期短、污染小的优点。基于此,提出一种由方钢管柱、H型钢梁、保险丝、高强螺栓和现浇楼板组成的可恢复功能装配式钢框架梁柱节点,并变换保险丝处梁间缝隙宽度、保险丝长细比和保险丝屈服强度三个参数,共建立了13个有限元模型进行分析。研究结果表明:保险丝能够实现损伤控制,保护主体结构免受损伤;保险丝处梁间缝隙宽度大于5mm时,可以保证梁段不发生碰撞,损伤集中在保险丝处,工程应用中建议采用10mm的缝隙宽度;保险丝长细比为43时,能够保证可恢复功能装配式钢框架梁柱节点具有足够的承载能力;当主体结构选用Q345B钢材时,保险丝宜采用Q235B钢材,以实现保险丝的损伤控制。

先简支后桥面板连续体系桥面板抗裂性能研究

先简支后桥面板连续体系是一种新型钢混组合结构,在该体系的中支点处设置一定长度的钢梁-混凝土桥面板分离段,可以改善桥面板负弯矩区的受力状态。目前对于该体系桥面板负弯矩区这一薄弱环节的试验研究尚属空白。本研究首先根据实际一座先简支后桥面板连续的钢混组合梁桥,设计制作了两跨1/4比例的缩尺模型,并通过安装、拆除带套筒剪力钉对中支点处的分离段长度进行调节。然后通过在两跨桥面上模拟单轮重轴荷载进行逐点加载试验,研究了分离段长度对桥面板受力状态和抗裂性能的影响。最后对原桥的抗裂性能进行了分析。结果表明,中支点处设置分离段的先简支后桥面板连续体系可显著改善结构的抗裂性能。本研究有助于推广先简支后桥面板连续体系在钢混组合结构中的应用、推动桥梁结构预制装配技术的发展。

窄幅钢箱连续组合梁受力性能有限元分析

为了解决钢-混凝土组合梁负弯矩区开裂以及钢箱受压屈曲问题,提出采用窄幅钢箱连续组合梁对钢-混凝土组合梁进行优化,并在窄幅钢箱连续组合梁桥面翼板的负弯矩区采用超高性能混凝土材料部分替代强度等级为C40的混凝土,形成超高性能混凝土-窄幅钢箱连续组合梁,进一步优化窄幅钢箱连续组合梁受力性能;采用有限元分析软件ABAQUS建立超高性能混凝土-窄幅钢箱连续组合梁有限元模型,在验证模型适用性的基础上,分析窄幅钢箱连续组合梁的受弯过程,并对窄幅钢箱连续组合梁翼板、钢筋、钢箱云图进行对比。结果表明:窄幅钢箱连续组合梁中混凝土的充填跨度对窄幅钢箱连续组合梁刚度存在一定的影响,超高性能混凝土材料显著改善了翼板的抗裂性能,翼板受拉区损伤面积减小95%以上;当采用超高性能混凝土材料完全替代普通混凝土材料时,窄幅钢箱连续组合梁的刚度、开裂荷载、极限荷载等性能得到较大改善。

新型装配式铁路便梁钢支墩栓接钢节点力学性能分析

本文基于对传统混凝土结构铁路通用便梁临时支墩进行设计和优化,提出一种新型装配式栓接钢箱梁结构形式的铁路通用便梁支墩,该新型结构相较于传统的铁路便梁支墩而言,具有工厂加工简单、减少施工周期、可以重复利用、具有较高的经济效益等优点,可广泛应用于下穿铁路轨道顶推施工时便梁支墩的架设。新型铁路便梁支墩采用栓接装配式结构,栓接作为整体结构的关键受力节点,其安全性和可靠性至关重要。因此本文通过建立ABAQUS有限元模型,对其整体结构及其分节段处栓接节点进行非线性及失效模式分析。分析结果表明:新型装配式钢结构便梁支墩整体未出现失稳现象,结构整体性能完好。栓接节点的受力特性为底板螺栓孔在弹性节段时承受主要荷载,在底部螺栓孔达到塑性后侧板螺栓孔开始承受主要荷载,最终底板及侧板螺栓孔同时发生剪切破坏。设计时应考虑对底板和侧板的螺栓连接部位进行加强,适当提高其抵抗冲切破坏的能力。

某超高层项目钢管混凝土组合柱应用

某超高层项目荷载较大,导致框架柱截面较大,严重影响建筑空间使用。采用钢管混凝土组合柱,和型钢混凝土柱相比,标准层每根柱节约建筑有效使用面积1.5~1.8m^(2),结构主体成本节约近1000万元。提出了对钢管进行开孔的梁柱节点做法并分析五种不同节点方案,采用大型通用有限元软件ABAQUS进行仿真分析,充分考虑框架梁对节点的约束作用,得到五种节点方案的极限承载力及钢管的最大应力,结果表明采用钢管开孔的梁柱节点做法可行,并得到最合理的开孔形式;分别对7种不同箍筋形式进行受力性能分析,并考虑实际施工因素,得到最为合理的箍筋设置形式。

济南某复杂综合体结构设计难点研究

济南某复杂综合体项目由两座约90m高塔楼+大底盘商业裙房+低区U形幕墙+高区拱形连桥组成,高区连体建筑采用铅芯橡胶隔震支座与塔楼相连,低区采用两端固定铰支座与塔楼相连,为大底盘多塔复杂连体结构。塔楼采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系,高区拱形连桥采用钢结构空腹桁架结构体系,低区U形幕墙采用劲性索体系。针对工程特点,着重阐述了大底盘裙房不分缝可行性及低、高区弱连体的合理支座形式,提出了采用两端固定铰U形劲性索的弱连体新形式。结果表明:低区U形幕墙采用两端固定铰连接形式,高区连桥采用铅芯橡胶隔震支座连接形式均能较好地实现弱连接,保证塔楼和连桥的抗震性能。

翼缘连接板削弱型上焊下栓钢梁柱节点抗震性能有限元分析

分析不同参数对节点抗震性能的影响,为梁柱翼缘连接板削弱型上焊下栓钢结构梁柱节点的设计提供参考。通过改变下翼缘连接板削弱区长度和框架梁截面形状,设计7组算例,利用有限元软件ABAQUS对翼缘连接板削弱型上焊下栓钢梁柱节点进行有限元分析,研究其破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、最大承载力和螺栓孔径变化率。有限元分析结果表明:下翼缘连接板削弱长度过短无法达到塑性铰外移的目的,削弱长度过长则会导致严重的平面外屈曲;梁全截面削弱组的抗震性能优于半截面削弱组与无变化组。翼缘连接板削弱型上焊下栓钢梁柱节点能有效利用翼缘连接板削弱区的塑性变形、拼接区螺栓的滑移、螺栓杆与孔壁的挤压,以及板件的摩擦来实现耗能。

梁端铰接钢管混凝土框架-核心筒结构的减震研究

梁端铰接钢管混凝土框架-核心筒结构很好地解决了传统双重抗侧体系由于节点焊接而带来的系列问题,但不可避免地对结构抗震性能产生影响,因此,亟需针对此类结构的消能减震研究。本文以30层梁端铰接的钢管混凝土柱-混凝土核心筒结构为研究对象,通过引入不同构造形式的消能黏滞阻尼伸臂形成减震层,利用OpenSees有限元软件对结构进行弹塑性时程分析,优选出最佳构造形式,并据此对比设置一道及两道减震层时,结构在罕遇地震下减震性能及黏滞阻尼器的阻尼系数和速度指数变化对设置一道减震层结构抗震性能的影响分析。研究结果表明:竖向斜撑型减震层对结构顶点位移、层间位移角、基底剪力的控制效果及自身的耗能效果最佳,而两道减震层结构的综合性能要略优于一道减震层结构,但一道减震层结构对减震层位置变化更敏感,且当减震层位于结构1/3 H层高时减震效果最佳;阻尼系数与速度指数过大或过小均会对结构产生不利影响,而速度指数能有效降低结构的层间位移角,但应注意所带来的位移突变和基底剪力增大问题。