蚌埠奥体中心体育场大悬挑预应力罩棚钢结构施工新技术

蚌埠奥体中心体育场作为第十四届安徽省省运会的主场馆,首次使用了龙鳞金属屋面板,其建筑艺术造型优美,整体呈蛟龙形态。阐述了蚌埠奥体中心体育场大悬挑预应力罩棚钢结构工程的施工方法和技术重难点;详细介绍了调谐质量阻尼器减振系统、大悬挑预应力的张拉、龙鳞金属屋面板模块化施工等一系列施工关键技术;采用MIDAS Gen建立了蚌埠奥体中心体育场大悬挑预应力罩棚钢结构的整体计算模型,模拟分析了结构施工全过程;采用无线监测系统对结构施工全过程进行了应力和变形监测,并将实测值和计算值进行对比分析。研究了施加调频质量阻尼器前后结构的动力响应,对调频质量阻尼器的减振效果做出了合理性的评价。研究表明:本工程采用的施工新技术和措施为大悬挑预应力罩棚钢结构的安全施工和健康运营提供了有效保障。

L型隔板弧形双钢板组合墙板抗爆性能试验与数值研究

弧形双钢板混凝土组合墙板结构具有和拱结构相同的传力机理,可以充分发挥混凝土优异的抗压性能,极大地提高了结构的承载力。该文开展了L型隔板弧形双钢板混凝土组合墙板(L-shaped-Curved Double Steel Concrete Composite Wallboard,L-CDSCW)在近场爆炸作用下的试验研究,通过混凝土的损伤分析和结构变形分析探究其抗爆性能。基于ANSYS/LS-DYNA软件进行了L-CDSCW试件爆炸响应的数值分析,参数化分析了不同关键参数对L-CDSCW试件抗爆性能的影响规律。结果表明:近场爆炸作用下,L-CDSCW试件未出现倒塌或崩塌现象,具有较强的抗爆性能;增加钢板厚度可以减小混凝土跨中凹陷深度和混凝土塑性破坏;增加TNT当量和降低爆距会显著增加底部钢板跨中最大挠度,同时也会增加混凝土跨中凹陷深度和混凝土损伤。研究结果可以为弧形双钢板混凝土组合板的应用提供一定的技术参考。

量子创新研究院巨型钢框架-上部悬挂下部支承结构抗连续倒塌分析

中科院量子创新研究院作为国家级量子科学实验室,对国家抢占量子科技国际竞争和未来发展的制高点至关重要。针对量子创新研究院巨型钢框架-上部悬挂下部支承结构体系开展抗连续倒塌分析,对于明确其结构安全,保障量子研究工作的顺利开展尤为重要。基于拆除构件法以及OpenSees软件,建立了量子创新研究院巨型钢框架-上部悬挂下部支承结构的数值分析模型,通过结构自振周期计算及与框架动力试验对比,验证了模型的准确性。通过考虑桁架层构件应力敏感性特征,合理选取关键构件,对拆除失效工况后的剩余结构进行动力分析,明确了不同工况下结构关键构件的变形和轴力时程曲线,并基于变形与强度破坏准则,对此类巨型钢框架-上部悬挂下部支承结构体系的抗连续倒塌能力进行评估。计算结果表明:量子创新研究院结构冗余度较大,单一构件失效后仍具有较强的抗连续倒塌能力;结构顶部桁架与底部桁架一方作用削弱,另一方作用增强,即采用上部悬挂下部支承形式可以起到双重保险作用。研究成果将为巨型钢框架-上部悬挂下部支承结构的抗连续倒塌分析提供参考依据。

大跨度非对称空间异形曲面钢桁架结构施工新技术与智慧云监测研究

六安市体育中心体育馆以"茶韵古今"为设计理念,外观形似十大著名茶品"六安瓜片";体育馆屋盖结构为非对称空间异形曲面钢桁架结构,最大跨度89.7 m。根据工程特点分析了施工过程中的重难点,并提出了体育馆"馆内多点不对称整体同步控制提升、馆外分段吊装"的施工新技术,采用MIDAS软件对施工全过程进行了仿真模拟。研发了针对体育馆非对称空间异形曲面钢桁架结构的智慧云网平台海量数据处理与实时传输监测系统,说明了智慧监测云网平台以及监测设备的工作原理,合理确定了监测点位置,并将监测结果与仿真模拟进行了对比。研究结果表明,"馆内多点不对称整体同步控制提升、馆外分段吊装"施工新技术适用于六安体育中心体育馆的施工,采用智慧云平台实时监测技术与数值仿真技术可以有效地保证施工安全。

中科院量子院巨型钢框架——上部悬挂下部支承结构建造技术研究

中国科学院量子信息与量子科技创新研究院1号科研楼A区跨河段采用巨型钢框架—上部悬挂下部支承结构体系,最大跨度达45 m,施工难度大,技术要求高。目前国内外对于此种结构体系的工程应用和理论研究较少见。针对巨型钢框架—上部悬挂下部支承结构体系,提出了此类结构的四种施工方案,采用Midas/Gen软件对不同施工方案进行了仿真模拟,对比分析了不同钢构件安装顺序和楼层混凝土浇筑顺序对整体结构的竖向变形和最大应力的影响,同时讨论了桁架与吊柱等关键构件的变形和应力的变化规律。结果表明:采用由上至下的逆向钢构件安装顺序及由上至下的楼层混凝土顺序能大幅降低结构的竖向变形,降低吊柱的变形与应力,充分发挥桁架的悬挂与支承作用,同时,能降低多数桁架杆件和吊柱在混凝土浇筑过程中的变形和应力。本文研究成果将为上部悬挂下部支承结构体系施工提供科学依据。

钢框架内嵌连接轻钢龙骨注浆复合墙板结构抗震性能试验研究

轻钢龙骨注浆复合墙板作为建筑工业化的低层承重墙板或高层围护墙板,由于其自重轻、易安装,在工程中有很好的应用前景。然而目前国内外尚缺乏在地震作用下钢框架内嵌连接轻钢龙骨注浆复合墙板结构的试验数据和分析结果。开展了2榀钢框架内嵌连接轻钢龙骨注浆复合墙板结构试件和1榀轻钢龙骨注浆复合墙板试件的水平低周往复加载试验,研究参数为墙板开洞和框架设置,系统分析了结构的受力机制、破坏模式和耗能机理,得到承载力、刚度、延性系数和耗能能力等指标,揭示此类墙板与钢框架在地震作用下的滞回性能和协同受力特性。研究结果表明,钢框架与轻钢龙骨注浆复合墙板采用内嵌式连接方式具有良好的抗震性能和变形能力,在地震作用下具有很好的整体性能和协同受力性能,满足结构抗震设计要求;墙板开洞会对整体结构的初始刚度和抗侧极限承载力有一定削弱。研究成果将为轻钢龙骨注浆复合墙板在国内多、高层装配式钢结构工程中的应用和推广提供参考依据。

刚性悬索加劲弦连续钢桁梁顶推技术研究

济南黄河公铁两用桥全长128m+3×180m+128m,是石济铁路客运专线工程横跨黄河的重点项目,为我国公铁两用桥上首次采用刚性悬索加劲弦连续钢桁梁结构。提出了3桁5跨的"钢桁梁带加劲弦顶推"刚性悬索加劲弦钢桁架梁桥施工新技术,给出了顶推的关键步骤,采用MIDAS-Civil软件对钢桁梁带加劲弦顶推施工全过程进行了仿真数值分析,解决了带弦顶推最大悬臂工况、加劲弦合龙等系列技术难题,验证了钢桁梁带加劲弦顶推施工新技术的安全性和可靠性。同时提出了落梁后吊杆安装的两个技术方案,通过数值模拟和综合考量,明确最优的技术方案。所提出的钢桁梁带加劲弦顶推施工新技术为我国类似的跨江、跨河、跨高速大跨度桥梁工程施工提供了参考依据。

椭圆钢管混凝土柱抗震性能试验与分析

为探究椭圆钢管混凝土构件的抗震性能,文章开展椭圆钢管混凝土柱在水平低周往复荷载与轴力共同工作下的拟静力试验,研究轴压比和混凝土强度等参数对其抗侧承载力、刚度、延性和耗能等抗震力学性能的影响规律,揭示椭圆钢管混凝土柱在水平低周往复荷载作用下的主要破坏形态与受力机理;同时结合椭圆截面特征和代码编程,开发基于OpenSees有限元软件的椭圆钢管混凝土柱精细化分析模型,并将计算结果与试验进行分析对比,验证有限元模型的准确性和可行性,进而明确椭圆钢管混凝土柱相对于普通钢管混凝土构件的抗震性能特征,并系统开展材料和几何等诸多参数对椭圆钢管混凝土柱抗震性能的影响分析。研究结果表明,椭圆钢管混凝土柱具有良好的抗震性能,且相比于传统钢管混凝土柱具有明显的强度、刚度和耗能优势;在水平低周往复荷载下,椭圆钢管混凝土柱的破坏模式主要包括柱脚钢管的局部屈曲、撕裂,核心混凝土压溃等现象。

接触爆炸作用下双波纹钢板混凝土组合板抗爆性能数值研究

相较于普通的双钢板混凝土组合板,双波纹钢板混凝土组合板具有更大的平面外抗弯刚度、抗压承载力与抗剪承载力,在超高层建筑、海洋平台等结构中具有广泛的应用潜力。首先建立了双波纹钢板混凝土组合板有限元模型,利用ANSYS/LS-DYNA非线性软件对双波纹钢板混凝土组合板的破坏模式和爆炸响应进行了数值分析,并与双钢板混凝土组合板接触爆炸试验进行对比,验证了数值分析方法的准确性。参数化分析了波纹对齐方式、波纹深度和波纹密度对双波纹钢板混凝土组合板抗爆性能的影响规律。结果表明,接触爆炸作用下,双波纹钢板混凝土组合板的抗爆性能优于普通双钢板混凝土组合板的抗爆性能,钢板采用螺栓间上凸下凹形式,以及增加波纹深度和密度可以显著提高组合板的抗接触爆炸性能。

填充轻聚合物的轻钢结构墙体轴压性能数值分析

为研究填充轻聚合物的轻钢结构墙体的轴压性能和破坏机理,文章建立了填充轻聚合物的轻钢结构墙体有限元分析模型,明确了材料关系模型和复杂接触模型,进行了结构非线性有限元分析;与试验结果对比,验证了有限元建模的准确性;对面板类型、面板厚度、立柱自攻螺钉间距等参数进行分析,研究其对填充轻聚合物的轻钢结构墙体轴压性能的影响规律。研究结果表明,填充轻聚合物的轻钢结构墙体轴压承载力和轴压刚度的主要影响因素为面板类型、面板厚度及立柱自攻螺钉间距。研究成果可以为填充轻聚合物的轻钢结构墙体设计与计算提供科学依据。

蚌埠体育场大悬挑预应力钢罩棚结构施工全过程模拟与监测

蚌埠奥体中心体育场作为承接第十四届安徽省省运会的主场馆,采用"大悬挑预应力实腹型钢梁-三向多点圆管支撑"结构体系,由大、小钢罩棚结构组成,外部铺设铝锰镁金属板,呈现蛟龙鳞片状建筑效果。为了保证蚌埠体育场钢结构在施工全过程中的工程质量和结构安全,深入分析了现场采用的施工方式和施工顺序。采用MIDAS软件建立了蚌埠体育场大悬挑预应力钢罩棚结构的整体模型,对钢构件拼装、预应力张拉和逐步卸载的全过程进行了多步骤的力学性能分析;对关键构件和关键节点的应力和竖向位移实施了监测,将现场实测值与有限元计算值进行了对比分析;总结了施工全过程结构应力和位移的变化规律。分析结果表明:现场监测和数值仿真模拟有效地验证了该施工方法的正确性和施工顺序的可靠性,研究成果可以为类似工程应用提供参考依据。

巨型钢框架-上部悬挂下部支承结构体系施工全过程模拟与监测研究

中科院量子院采用巨型钢框架-上部悬挂下部支承结构体系。该新型结构体系在施工全过程中存在多次受力转化,因此有必要对其进行施工模拟和监测。采用MIDAS/Gen建立有限元分析模型进行施工全过程模拟,分析关键构件和节点应力及变形规律,对关键构件和节点应力和变形实施监测,并将有限元计算值与现场监测值进行对比分析。分析结果表明:现场监测数据与有限元分析结果吻合良好,说明了该施工新技术的合理性。

郑州南站承轨层钢骨混凝土复杂节点施工模拟与云监测技术研究

郑州南站是“中国铁路心脏”——郑州的四大综合交通枢纽之一,其承轨层劲性混凝土结构具有钢骨及节点形式复杂和类型多样的特点,本项目车场总规模达16台32线且施工现场环境复杂。本文针对郑州南站承轨层工程中的钢骨混凝土复杂节点建立了精细化数值计算模型,并对其施工过程进行了仿真模拟。研发了一种云平台数据处理和实时监测系统,合理确定了监测点位置,并将监测数据与模拟值进行了对比。研究结果表明:本文所建立的BIM模型可对关键复杂节点的施工技术进行虚拟动态化展示;云平台数据处理和实时监测系统在本工程中的监测结果符合预期,为施工安全提供了有力的保障。

两边连接钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架结构抗震性能研究

圆形或方形钢管混凝土柱与钢梁通过单边高强螺栓和端板组成框架,薄钢板剪力墙与钢梁采用两边连接方式,形成钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架结构。为获悉两边连接钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架的抗震性能和破坏机理,对2榀2层单跨钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架试件进行水平低周反复荷载试验,研究柱截面类型、墙梁连接方式和半刚性节点类型对该体系破坏形式和抗震性能的影响。在试验过程中观察结构的破坏特征和发展,分析滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律、延性、耗能能力以及主要构件的应变规律。研究结果表明,两边连接钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架结构具有良好的滞回性能和耗能能力,其弹性刚度比纯装配式钢管混凝土框架结构提高了163.8%~249.4%,水平极限承载力提高了41.0%~97.1%。采用OpenSees程序建立钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架的非线性分析模型,通过试验结果验证计算模型的准确性,为该结构体系的理论分析提供基础。文章研究结果将有助于钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架结构的应用和推广。

635 MPa级热轧带肋高强钢筋混凝土短柱的偏压性能与承载力计算

为了研究新型635 MPa级热轧带肋高强钢筋应用在主要建筑构件中的力学性能,文章基于635 MPa级热轧带肋高强钢筋混凝土短柱的偏压性能试验,建立其在偏压荷载下的精细化有限元模型,分析偏心率、配筋率、混凝土强度、截面高宽比等关键参数对其破坏模式、承载力、延性等力学性能指标的影响规律,得到其在偏压荷载下的全过程受力特征,确定635 MPa级热轧带肋高强钢筋与混凝土强度的匹配特性,揭示试件在2种偏压状态下的内在受力机理,最后提出635 MPa级热轧带肋高强钢筋承载力理论计算方法。研究结果可为新型635 MPa级热轧带肋高强钢筋在实际工程中的设计和应用提供一定的理论依据。

基于物联网的钢管混凝土脱空缺陷智能检测技术研究

据统计,实际钢管混凝土结构由于各类因素普遍存在脱空缺陷问题,因此有必要对钢管混凝土结构/构件的脱空情况进行检测评估,以规避实际工程因此形成的重大安全隐患。然而传统脱空检测技术往往存在操作烦琐、危险性高、准确度低等弊端,为此文章基于物联网技术,结合智能机器人和超声检测,提出了一种安全、高效、精确的新型检测技术,为实际钢管混凝土结构脱空问题的诊断和防治提供了可靠的技术支撑,具有较大的应用前景和经济价值。

装配式钢管混凝土组合框架的抗震性能试验研究

圆形或方形钢管混凝土柱与钢梁通过单边高强螺栓和适宜端板连接组成框架,通过钢筋桁架混凝土组合楼板形成了新型装配式组合框架。为了解装配式钢管混凝土组合框架在地震作用下的抗震性能和受力机理,进行了2榀两层单跨钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁通过单边高强度螺栓和平齐或外伸端板连接形成的组合框架的水平低周反复荷载试验,研究了柱截面形式和端板连接类型对组合框架破坏形式和抗震性能的影响。详细地观察了此类组合框架在水平低周反复荷载作用下的受力全过程和楼板裂缝发展规律,得到了此类结构的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律、延性、耗能能力等抗震性能指标。试验结果表明,单边螺栓端板连接装配式钢管混凝土组合框架结构具有良好的滞回性能和耗能能力,延性系数μ为2.13~4.28,能量耗散系数E为0.652~0.90。在柱截面含钢率相同条件下,圆钢管混凝土组合框架的承载力小于方钢管混凝土组合框架,其延性、耗能性能优于方钢管混凝土组合框架。研究成果将为我国装配式钢管混凝土组合框架设计理论与应用提供科学依据。

基于能力谱的弯剪复合型金属阻尼器加固既有混凝土框架性能化抗震设计方法

随着近年来中国对建筑结构的抗震性能要求不断提高,既有混凝土框架难以满足多水准抗震性能标准的要求,采用金属阻尼器加固既有混凝土框架可显著提高其抗震性能,有利于满足现有抗震性能目标,然而目前对于相应的的性能化抗震设计方法研究尚不充分。该文提出了基于能力谱的金属阻尼器加固既有混凝土框架抗震性能化设计方法,为了实现不同烈度地震下的多性能水准目标,采用具有多阶屈服特征的弯剪复合型金属阻尼器。基于对既有混凝土框架的静力推覆分析,将框架的推覆曲线转化为等效的双折线能力谱,设定加固后结构在多遇、设防和罕遇地震下的层间位移角性能目标,确定结构能力谱曲线和需求谱曲线的交点。考虑金属阻尼器进入屈服阶段后的附加阻尼比,计算出结构在不同烈度地震下的等效阻尼比,根据性能点计算出金属阻尼器剪切和弯曲芯板的屈服承载力。基于上述设计方法对4层、6层和9层既有混凝土框架进行加固,通过OpenSees软件建立弹塑性分析模型,并通过试验结果验证了模型的准确性,通过时程分析结果表明了加固后的结构满足预定的性能目标,证明了提出的设计方法的可靠性和有效性。该文研究成果将为金属阻尼器加固既有混凝土框架的抗震设计提供理论依据。

双钢板混凝土组合板抗爆性能分析

钢-混凝土-钢组合板是一种新型的组合结构,与传统钢筋混凝土板相比,具有抗剪强度高、延性大、耗能能力强等特点,目前已经被广泛应用于核反应堆安全壳、海洋平台及储油罐等结构。本文中,设计并制作了缩尺的普通钢筋混凝土板和钢-混凝土-钢组合板,开展了在接触爆炸荷载作用下的实验研究,通过损伤分析、跨中最大挠度对比研究不同板的抗爆性能。基于ANSYS/LS-DYNA非线性有限元程序,研究了钢-混凝土-钢组合板的损伤模式、跨中最大挠度等,并与实验结果进行了对比分析,验证了有限元分析模型的准确性和适用性。参数化分析了炸药量、混凝土强度和钢板厚度等参数对钢-混凝土-钢组合板抗爆性能的影响规律。利用多参数回归分析方法,提出钢-混凝土-钢组合板跨中挠度的预测公式。结果表明:提高混凝土强度可以降低结构的塑性损伤,增加钢板厚度可以有效降低钢-混凝土-钢组合板的跨中最大挠度。相对于普通钢筋混凝土板,钢-混凝土-钢组合板保持了良好的整体性,且具有继续承载的能力。拟合公式能够较好地预测钢-混凝土-钢组合板跨中挠度与药量和钢板厚度的关系。

单钢板混凝土剪力墙抗爆性能研究

钢板混凝土剪力墙作为一种新型的抗侧力构件,具有良好的耗能能力和抗冲击性能,已逐渐应用于建筑工程结构的抗震和防护结构的抗爆设计。设计了3个试件,分别为普通钢筋混凝土板、单侧钢板混凝土板和夹心钢板混凝土板,开展了钢板混凝土剪力墙的接触爆炸试验,并通过非线性程序LS-DYNA建立了3个钢板混凝土剪力墙试件的数值模型,对比分析了不同试件在接触爆炸作用下的动态响应、破坏模式和抗爆性能。试验和数值分析结果表明:接触爆炸作用下,试验设计的3种试件呈现3种破坏模式;普通钢筋混凝土板中部发生混凝土贯穿破坏,钢筋发生较大弯曲变形;单侧钢板混凝土板由于栓钉拔出发生钢板和混凝土分离,丧失整体性和继续承载能力;夹心钢板混凝土板发生上层混凝土压碎,夹心钢板、上层和下层混凝土板连接性能较强,整体性较好,具有继续承载的能力,且夹心钢板混凝土板跨中挠度和混凝土碎块飞溅距离较小。单侧钢板混凝土板和夹心钢板混凝土板配置钢筋网可以显著增强混凝土层和钢板的连接性能,有效减小上下层混凝土的碎裂和剥落,增强其整体性和抗爆性能。