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。

钢桁架在冲击荷载作用下的动态响应研究

圆钢管桁架在土木工程和海洋工程领域应用较多,除了承受竖向荷载外,还易遭受冲击偶然荷载作用。以偏心质量下抵抗冲击荷载的钢桁架为研究对象,利用LS-DYNA软件建立了节点冲击有限元模型。从破坏特征、冲击响应和耗能能力等方面研究了其抗冲击能力,对冲击次数、冲击速度和钢材屈服强度进行了参数分析,最后基于有限元模拟结果,提出了主管凹陷变形与转角之间的表达式。结果表明:经历多次摆锤冲击后,主管发生严重的凹陷变形,刚度显著降低;冲击速度达到3.0 m·s^(-1)时,冲击力峰值提高了84.8%,冲击区域支管节点发生挤压弯曲破坏,主管凹陷变形是主要的耗能机制。有限元模拟结果可为提高实际钢桁架的抗冲击性能提供参考。

大高宽比矩形钢管混凝土柱压弯性能研究

为了研究大高宽比矩形钢管混凝土柱的压弯性能,对大高宽比钢管混凝土短柱进行偏压试验并结合有限元模拟补充了4组试件进行对比,包括不同偏心率、高宽比、钢管壁厚度、截面尺寸情况下柱性能的对比分析。最后参考常用的4本国内外规范进行柱承载力计算,对比并判断现有规范是否适用。结果表明:试件破坏模式均为长边鼓曲,当荷载小于极限承载力的80%时,横截面高度上的应变分布服从平截面假定;随着偏心率增大,柱延性提升,在偏心率超过0.205后,柱延性开始下降;随着壁厚增加,柱延性提升,在壁厚达到8 mm后,柱延性开始下降;随着高宽比提升,柱延性降低;随着截面尺寸增大,在壁厚不变的情况下,柱延性降低,在壁厚等比例增大时,柱延性变化不大;随着高宽比、截面尺寸、钢管壁厚度的增大,柱承载力提升;随着偏心率升高,柱承载力降低;参考规范JGJ 138—2016对大高宽比钢管混凝土柱偏压承载力的计算更为准确。

带低屈服点钢耗能梁段高强钢框筒结构的结构影响系数和位移放大系数研究

在传统钢框筒结构的部分裙梁跨中处设置LYP225低屈服点钢耗能梁段,其余构件采用Q460高强度钢材,提出带低屈服点钢耗能梁段高强钢框筒结构(HSS-FTS-LSL)。在地震作用下耗能梁段发生剪切屈服耗散地震能量,梁、柱等构件由于采用高强钢从而保持弹性或部分进入塑性阶段。为了研究HSS-FTS-LSL的结构影响系数和位移放大系数,以楼层数、耗能梁段长度及布置方式为变量,按照我国规范设计了3组共8个HSS-FTS-LSL算例,并且考虑高阶振型的影响,采用分布侧向力调整法对各算例进行了Pushover分析,基于改进的能力谱法计算了8个算例的结构影响系数和位移放大系数,分析了结构层数、耗能梁段长度及布置方式对结构性能系数的影响并给出了建议取值。最后,根据提出的HSS-FTS-LSL抗震设计反应谱对其中一个结构算例进行重设计,并对重设计前后两个算例结构进行弹塑性分析,对比了二者的抗震性能以及用钢量,验证了本文提出的HSS-FTS-LSL结构影响系数建议值的合理性。

考虑孔周应力集中的摩擦型高强度螺栓抗滑移性能分析与设计方法研究

抗滑移性能是摩擦型高强度螺栓受剪连接的重要力学性能之一。为研究抗滑移性能的影响因素,设计并完成了单个高强度螺栓抗滑移性能试验和高强度螺栓群抗滑移性能试验,连接试件均为双面剪切且表面进行了抛丸处理。基于试验结果,建立了准确、可靠的有限元验证模型,据此对高强度螺栓受剪连接进行了参数分析,主要研究参数包括:螺栓预紧次序、连接板件厚度、垂直于内力方向的螺栓间距与边距以及顺内力方向的螺栓间距与边距。分析结果表明:连接板件最危险截面的塑性区分布对摩擦型高强度螺栓的抗滑移性能有着显著影响,设计时应考虑孔周应力集中现象对抗滑移承载力的折减;不同的截面受力情况对应的孔周应力集中系数存在明显差异。通过计算分析给出了螺栓抗滑移承载力折减系数建议值。相关研究成果可为摩擦型高强度螺栓受剪连接的设计提供改进思路。

高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件局部和整体相关屈曲试验研究

通过13个Q460C、Q550D和Q690D钢中长柱的双向偏压试验,研究了高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件的局部-整体相关屈曲性能和极限承载力;将极限承载力与美国、欧洲规范以及新提出的计算公式的计算结果相比较,以验证它们对高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件局部-整体相关屈曲计算的适用性。结果表明,在钢材名义屈服强度fy=460~690 MPa,板件宽厚比b/t=40~70,构件长细比λ=45~79,偏心距ex=ey=20~45 mm范围内,美国规范ANSI/AISC 360-16对较大长细比(λ=79)和Q690D钢较小宽厚比(b/t=40)试件的计算结果偏于保守;欧洲规范BS EN 1993-1-1对较小板件宽厚比(b/t=40)试件的计算结果偏于保守,对其余试件是安全的;使用新提出的有效屈服强度法所得到的计算结果和试验结果吻合良好;新提出的有效截面法对大部分试件的计算结果偏于保守。

中国科技核心期刊中文核心期刊要目总览中国科学引文数据库来源期刊《建筑钢结构进展》(月刊,CN31-1893/TU)

《建筑钢结构进展》全年12期,每月月底出版,国内外公开发行,每期单价20元(海外6美元),全年价240元(海外72美元)。全国各地邮局均可订阅,邮发代号:4-723。也可直接汇款到本编辑部订阅。编辑部收到汇款及邮购单后,将在三天内寄出杂志及发票。《钢结构进展与市场》全年6期,每双月月底出版,不能单独订阅。获得方式:订阅全年《建筑钢结构进展》和《钢结构进展与市场》杂志,两本杂志全年价360元(含邮资)。

高温下高强钢连接的高强螺栓预紧力研究

高强钢在建筑结构中的应用越来越广泛,高强螺栓连接是钢结构常见的连接方式。火灾作用下,高强螺栓的预紧力由于钢材强度退化、热膨胀变形和高温蠕变的影响会发生变化,从而影响连接的抗剪承载力。为探明高强钢连接的高强螺栓预紧力在高温下的变化规律,利用有限元软件ABAQUS建立了单个高强螺栓连接节点模型,分析了螺栓连接在高温下的预紧力变化,采用试验数据进行了验证。进而分析了螺栓规格、连接板厚度、钢材强度和升温速率四种参数对高强螺栓最大预紧力和预紧力完全丧失时温度的影响。分析表明:在ISO-834标准升温下,较小的螺栓规格和适当的连接板厚度能在一定程度上缓解螺栓预紧力的松弛,但缓解程度有限;温度对螺栓预紧力的变化影响很大。基于分析结果,拟合了螺栓预紧力折减系数随温度变化的计算公式,与有限元数据对比,误差在8%以内,证明计算公式可以较准确地预测螺栓预紧力在高温下的变化规律。

《建筑钢结构进展》入选《科技期刊世界期刊影响力指数(WJCI)报告(2021)》

近日,《建筑钢结构进展》被《科技期刊世界期刊影响力指数(WJCI)报告(2021)》(以下简称《WJCI报告》)收录。该报告旨在建立新的期刊评价系统,更加全面评价科技期刊在当今社会对全球科技创新活动提供的出版传播服务及其学术影响力,客观反映了以中国为代表的新兴科技大国的真实贡献。

螺栓球节点力学性能研究及弯矩-转角关系式的建立

螺栓球节点常用于网架及双层网壳结构中,目前在一些小跨度、接近球形的单层网壳中也有所应用。现阶段对螺栓球节点网架及双层网壳进行分析时,通常将螺栓球节点假定为理想铰接,实际上该节点是介于刚接和铰接之间的半刚性节点。通过建立螺栓球节点的精细化模型,得到螺栓球节点的抗弯刚度及对应的弯矩-转角曲线,并利用已有试验数据验证了数值模型的合理性。研究了螺栓球节点相关参数(即螺栓直径、预紧力大小、锥尾壁厚和套筒厚度)对节点抗弯刚度的影响。研究表明:螺栓球节点的初始刚度和极限弯矩在一定范围内随螺栓预紧力的增大而提高,当螺栓预紧力达到100 kN时,其对螺栓球节点抗弯刚度的影响逐渐减弱;锥尾壁厚及套筒厚度对螺栓球节点极限弯矩的影响较大,而对节点初始刚度的影响较小;螺栓球节点的抗弯刚度随着螺栓直径的增加而增大。利用对螺栓球节点参数化分析的结果并结合节点的自身特性,基于KISHI等提出的幂函数模型,推导出了螺栓球节点弯矩-转角关系公式,该公式计算值与数值模拟的弯矩-转角曲线吻合度较高,能有效地模拟螺栓球节点弯矩-转角的关系。

圆形钢管地聚合物再生混凝土短柱轴压力学性能试验研究

以再生骨料取代率为主要参数,完成了6根圆形钢管地聚合物再生混凝土短柱和2根圆形钢管地聚合物普通混凝土短柱在轴压作用下的试验研究。基于试验结果,考察了试件的破坏模式、荷载-变形关系曲线、极限承载力、延性等,结果表明:圆形钢管地聚合物再生混凝土和普通钢管混凝土的破坏模式无明显差异。与钢管混凝土试件相比,圆形钢管地聚合物再生混凝土的荷载-变形关系曲线下降段更为平缓。随着再生骨料取代率的增大,试件极限承载力随之降低,而延性有提高的趋势。最后,采用现有规范提供的普通钢管混凝土设计公式对试验实测的极限承载力进行计算比较,结果表明现有规范的计算结果均偏于安全。

“保险丝”型法兰新型节点低周往复荷载下受力性能研究

以实际750 kV变电站避雷针刚性法兰节点为依据,为改善变电站中法兰节点破坏的现状,提出"保险丝"型法兰新型节点设计。通过对2个足尺法兰节点进行试验研究,对比新型和普通法兰节点的应力、应变分布规律,节点承载力、刚度变化及节点破坏模式,得到了两种法兰的不同受力特性。同时,建立了节点有限元模型,分析了设计荷载工况下法兰节点的破坏模式,研究表明:新型法兰节点承载力与普通法兰节点承载力相比有明显提高,提高幅度约为23%,靠近钢管-法兰连接处应力显著降低,法兰受力更加合理;新型法兰的中和轴有所上移,上移距离约为外钢管半径R的33%,螺栓旋转轴位置建议取为距离钢管中心0.67R处,有限元结果与试验结果吻合较好。

基于多尺度方法的钢结构停车库破坏机理

为了利用最小的计算代价得到钢结构外伸端板节点准确的局部分析结果和钢结构停车库的整体结构性能,引入了基于8节点六面体单元界面约束方程的多尺度有限元计算方法,从而使精细的微观单元模型可以同宏观单元模型实现不同尺度间的变形协调。通过算例验证了基于有限元软件ABAQUS建立的多尺度有限元模型和计算结果的准确性。采用多尺度方法分析了外伸端板节点连接的钢结构停车库的破坏机理,给出了由应变能判定钢结构停车库的失效准则。

高强钢材钢管混凝土柱轴压承载力计算方法

为研究高强钢材钢管混凝土轴压构件的承载力计算方法,采用ABAQUS数值模型,对182个高强钢材钢管混凝土轴压试件进行逐一计算模拟,验证了数值模型的有效性。在补充112个构件算例的基础上,与已有试验数据一同组成样本,基于《钢管混凝土结构技术规范》(GB 50936—2014)中的设计方法,提出了适用于钢材屈服强度fy≥450MPa的钢管混凝土轴压短柱承载力与长柱稳定性的计算公式,并给出了计算公式适用的套箍指标θ和径厚比(宽厚比)D/t(B/t)限值,同时基于参数分析给出了钢材强度与混凝土强度等级匹配的设计建议。

冷弯薄壁型钢多肢拼合柱轴压承载力计算方法对比分析

以由单肢C形和U形截面拼合而成的冷弯薄壁型钢拼合截面轴压柱试验结果为基础,对采用我国现行规范与征求意见稿中有效宽度法计算的30根(6种截面,5种长度)轴压构件的极限承载力进行了对比分析。基于有效宽度法,提出了针对组合截面承载力的计算方法。比较了我国规范征求意见稿与美国规范中直接强度法的不同,基于美国规范的直接强度法利用CUFSM有限元软件对拼合截面进行建模分析,取消螺钉拼合连接部分的板件边界,将拼合截面作为一个整体进行分析,拼合部分厚度在1.0t至2.0t。对比发现:对于开口截面,厚度为1.0t时计算值与试验值之比的平均值更接近于1.0;对于闭合截面,厚度为1.2t时计算值与试验值之比的平均值更接近于1.0。

钢框架短肢组合钢板剪力墙结构优化分析

钢框架短肢组合钢板剪力墙结构是一种适用于小高层的建筑新型框架剪力墙结构,它具有良好的抗震性能。以影响结构抗震性能的内嵌钢板宽厚比、面外墙板约束及钢板边界约束等4个因素进行了分析。通过总结各影响因素,进行了结构单元动力响应的数值模拟分析,提出了组合钢板剪力墙与钢框架的合理抗侧刚度比及合理的内嵌钢板剪力墙宽厚比。优化后的结构模型试验证明:当钢框架短肢组合钢板剪力墙结构中各构件在整个结构中达到最优设计,同时抗侧刚度比在0.42~0.45之间时,结构整体具有较高的水平承载能力,良好的抗震和耗能能力。最后提出了钢框架短肢组合钢板剪力墙的优化设计建议。

材料力学性能不均匀模式对对接接头结构性能分析的影响

经历不均匀热过程影响的对接焊接接头,呈现不均匀力学性能。在对对接焊接接头疲劳等分析过程中,应考虑不均匀力学性能。根据对接焊接接头分区和力学性能分布,提出了3种对接焊接接头不均匀力学性能分布模式:二区模式、五区模式和连续化模式。采用有限元方法分析材料力学性能不均匀模式对对接焊接结构性能分析的影响。采用3种模式结合已有试验数据,建立了不同精细化程度的有限元模型并进行有限元分析。研究结果表明:分布模式对结果会产生很大的影响,模式越精细,屈服荷载、极限荷载和屈服位移、极限位移就越小;五区模式与连续化模式结果很相近,但是五区模式的计算效率比连续化模式高;所以兼顾精度与效率,优先选择五区模式。

弦支穹顶结构预应力施工模拟方法研究

对于弦支穹顶结构预应力施工模拟分析,提出一种新的分析方法。基于结构施工态构形建立节点力非线性平衡方程,基于矩阵微分理论和牛顿切线法概念得到结构非线性平衡方程的线性逼近式,通过引入结构边界约束条件得到结构可动节点坐标迭代公式。给出的方法将施工张拉力或卸载压力视为外力直接施加于施工结构上,不需要将施工张力等效为初应变或初温差。使用该方法可有效考虑结构非线性特性、不同批次张拉施工的相互作用和临时支撑卸载施工。对一大型弦支穹顶结构算例进行了预应力施工模拟分析,验证了该方法的有效性。

向审稿人致谢

（以汉语拼音为序）2014年,《建筑钢结构进展》杂志继续受到广大作者、读者的厚爱,全国各地的作者踊跃向本刊投稿。在2014年,承蒙以下专家热情、认真地为本刊审稿,录用稿件的质量才会越来越高。在此,编辑部全体工作人员向他们表示衷心的感谢!