空间扭曲钢构件加工技术研究

空间异型扭曲结构已广泛用于大跨度场馆结构中,由于其扭曲度大、跨度大、截面大、板材厚等特点,施工及检验难度大。针对沈河文体中心项目空间扭曲构件制作及检验提出了一种新方法,即用油压机及卷板机对主零件进行折弯并用样板木模进行贴合检验,用三维坐标放样法对构件进行放样并用三维激光跟踪仪进行尺寸检验,提高了检验精度,缩短了检验时间。

轴心受压等肢角钢绕截面最小轴弯曲屈曲特性研究

为了研究轴心受压等肢角钢绕截面最小轴弯曲屈曲特性,建立了一种分析方法。基于压杆无应力态下弧长不变原理求得压杆弧长状态方程。在弹性受压阶段,基于压杆中点力矩平衡微分方程求得应力-挠度相关方程。在弹塑性受压阶段,基于角钢压杆中点截面应力分布列出力与力矩平衡方程,从而导出应力-挠度-截面弹性区高度的相关方程;基于压杆中点应变所产生的曲率与轴线函数微分所求得的曲率相等关系求得截面弹性区高度表达式。最后,通过上述基本方程的联立求解,求得角钢压杆在弹性及弹塑性受压阶段的本构关系方程。利用所提出的本构关系方程,研究等肢角钢轴心压杆的屈曲特性。研究结果表明:此方法合理准确,能够有效预测等肢角钢轴心压杆的屈曲特性。

GB 50017—2017《钢结构设计标准》疑难浅析(1)

GB50017—2017《钢结构设计标准》(简称17《钢标》)已于2018年7月1日正式实施。对比前一版的GB 50017—2003《钢结构设计规范》,17《钢标》在内容上进行了大量的修订和增补,特别是增加了诸如钢结构设计直接分析法和钢结构抗震性能化设计等新内容。为使大家在应用17《钢标》进行设计时能够正确理解条文和条文说明,本刊在2019年特设专栏刊登《钢结构》编委、17《钢标》主编王立军大师的系列讲座"17《钢标》疑难浅析"。有别于通常对标准的讲解材料和专题报告,本系列讲座的问题直接来源于17《钢标》的条文及条文说明,通过构想作者与读者共同学习17《钢标》的场景,发掘出读者在应用17《钢标》进行设计时即使反复研习了条文和条文说明仍有理不清的那个问题,从标准编制者的角度为读者理清问题的概念、逻辑和关联,打通从标准条文、条文说明到设计应用之间的最后一道屏障。该系列讲座将连续刊出12期,每期刊登3个问题,同时在"钢结构"微信公众号上发布,欢迎大家关注和留言,另外也欢迎大家就当期内容来信(邮箱:676567706@qq.com)讨论,我们会整理并汇总给作者。从第2期开始,我们将刊登读者对前期问题的讨论及作者对讨论的回复。这样,经过一年的时间,问题、解释、讨论、回复、再讨论、再回复,碰撞出的火花势必会形成一个钢结构设计的论坛。

蚌埠市淮河大桥钢桁架拱桥悬臂施工技术

介绍了蚌埠市淮河大桥钢桁架拱桥悬臂架设的施工技术,对悬臂架设的大临设施、主要机械、主要施工工况及关键施工技术进行阐述。为实现钢桁架拱悬臂架设,主要设置临时支墩、扣索塔架、墩顶调整装置等主要辅助系统,采用爬行架梁吊机散拼安装。钢桁架拱架设主要包括4个工况:边跨钢梁无应力上主墩工况;挂扣索前的最大悬臂工况;挂扣索、扣索张拉工况;桁拱合龙最大悬臂工况。利用MIDAS/Civil软件建模分析,根据分析结果指导施工,形成了悬臂拼装、倾覆控制、体系转换、无应力合龙等关键施工技术,并全程对关键部位施工监控,确保桥梁线形及内力符合设计要求。

不锈钢焊接截面薄腹梁剪切屈曲计算方法

建立精细的有限元模型对不锈钢焊接截面薄腹梁剪切屈曲性能进行数值模拟,并依据试验结果对模型进行验证。基于验证可靠的有限元模型,对构件局部几何初始缺陷、刚性封头肋板、不锈钢材料力学性能等关键参数开展系统分析。结合所得的数值计算结果和现有的试验数据,对我国GB 50017—2017《钢结构设计标准》和EN 1993-1-4+A1《欧洲不锈钢结构设计规范》中的抗剪承载力计算方法进行评估,在此基础上提出了可同时考虑腹板与翼缘的抗剪承载力以及刚性封头肋板等因素影响的承载力计算式。与试验和有限元计算结果比较表明:所建议的计算方法可以更加准确计算不锈钢焊接截面薄腹梁的剪切屈曲承载力。

折线形单层柱面网壳的稳定性分析

针对单层柱面网壳稳定性较差的特点,构建了新型的折线形单层柱面网壳。首先对构建的3种拱向准线形式折线形单层柱面网壳进行了两种荷载条件下的特征屈曲分析,结果表明:起折后的折线形单层柱面网壳的一阶临界荷载屈曲系数相对于单层圆柱面网壳结构提高了十几倍。然后对折线形单层圆柱面网壳考虑荷载的不利布置和温度作用对其稳定性的影响,结果表明:在周边支承的情况下结构升温对承载力更为不利。最后对3种拱向准线形式折线形单层柱面网壳进行考虑了初始缺陷和荷载不对称布置的非线性分析,结果表明:折线形单层圆柱面网壳对初始缺陷和荷载不均匀布置较为不敏感。

蜂窝型钢空腹夹层板剪力键的设计与屈曲稳定分析

蜂窝型钢空腹夹层板剪力键节点是典型的三向受力节点。为科学地对该节点进行设计,基于大型通用有限元软件ANSYS,建立3种计算模型,对盖板和加劲板对节点模型的屈曲模态、屈曲承载力系数以及von Mises应力影响进行分析和对比。分析结果表明:盖板和加劲板对节点的屈曲形态影响较大;无盖板和加劲板时剪力键圆形钢管容易发生屈曲;增设盖板和加劲板可以增大剪力键节点的屈曲荷载系数,增大节点的承载力,节点达到屈曲时所能承受的von Mises应力最大,最大值不超过材料的屈服强度,满足相关要求。

轴拉内配钢筋钢管混凝土黏结滑移性能试验研究

为研究内配钢筋钢管混凝土在受轴向拉力时各处的应力分布及各个界面的黏结滑移本构关系,通过对16根内加钢筋圆钢管混凝土试件的轴向抗拉试验,研究了内配钢筋钢管混凝土的黏结滑移性能,确定了钢管混凝土内的应力分布规律,探索了钢管和混凝土之间的黏结滑移本构关系。试验结果表明,内配钢筋能够有效提高钢管混凝土的整体刚度,钢筋-混凝土和钢管-混凝土界面黏结应力都随着荷载的变化而变化,并且会由于混凝土的开裂发生应力重分布。最后,根据试验结果提出了钢管和混凝土之间在不同环向压力下的本构关系模型,并通过与试验结果对比验证了模型的有效性。

冷弯薄壁U型钢轴压短柱承载力计算的直接强度法研究

现行北美冷弯型钢规范中直接强度法只适用于卷边C形、腹板加劲C形、Z形、R形和帽形这些截面形式较为简单的单肢截面,但并未涉及U形截面。为研究直接强度法对冷弯薄壁U型钢轴压短柱的适用性,采用ABAQUS非线性有限元分析了16种截面尺寸、4种厚度的64根试件,并对有限元模拟得到的极限承载力、部分学者试验结果进行回归,最终得到考虑U形截面屈曲后强度的局部屈曲承载力曲线。结果表明:现有的直接强度法公式计算结果偏于不安全,对现有的直接强度法公式进行了简单的修正,修正后的直接强度法计算式精度更高。

钢框架梁柱顶底角钢弱轴连接的节点研究

针对目前钢框架梁柱在弱轴方向上半刚性连接的研究匮乏,应用有限元软件ABAQUS对半刚性节点进行了研究,并基于一种新型节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的研究成果,在该种节点上进行顶底角钢连接研究。应用ABAQUS软件对模型进行非线性有限元模拟分析,首先将试件进行单调加载分析,并与试验结果对比分析,对比发现总体上吻合较好,从而验证了有限元的有效性。再通过有限元程序ABAQUS将梁柱采用新型节点域箱形加强式节点作顶底角钢连接,并与其他几种连接节点形式对比,通过计算得出各种节点的梁柱连接荷载-位移曲线、初始刚度、极限弯矩以及角钢的极限弯矩等。研究发现新型节点域箱形加强式节点连接的极限弯矩是传统弱轴连接形式的1.2倍,是第一类T形板件弱轴连接形式的1.12倍,是第二类T形板件弱轴连接形式的1.08倍,表明其具有更好的抗弯性能,另外其初始刚度是传统弱轴连接形式的1.35倍,受拉角钢的极限弯矩是传统弱轴连接形式的1.32倍。

天津团泊曲棍球场钢结构安装技术

天津静海团泊曲棍球场主桁架呈四管弧形,跨度为121.86 m,质量达219 t,主次桁架节点类型为圆管相贯节点。针对主桁架呈大拱形、管径大的特点,以及圆弧弧度难控制,焊接点多及变形难控制等难点,进行了深入研究。采用临时支撑胎架辅助安装桁架,并合理安排焊接顺序及控制焊接变形,有效地加快了安装进度。临时支撑胎架四周设置缆风绳,保证了临时支撑胎架的稳定性。主桁架吊装由两边向中间合龙,次桁架由中间向两边安装;桁架主管高空对接采用定位板辅助安装,并使用全站仪校正支点的标高和位置,提高了安装精度。

扣件式钢管模板支撑体系构造措施研究

根据单根加载试验情况,建立扣件式钢管模板支撑体系有限元模型,试验结果与有限元分析结果吻合较好,验证该有限元模型的正确性。进一步分析了剪刀撑布置方式与顶层增设水平拉杆对架体整体稳定性的影响。研究表明:加入竖向剪刀撑比加入水平剪刀撑,支撑体系的屈曲荷载提高了78.7%;同时加入竖向剪刀撑和水平剪刀撑比只加入竖向剪刀撑,支撑体系的屈曲荷载提高了0.93%;设置竖向剪刀撑可显著提高支撑体系屈曲荷载;设置水平剪刀撑对提高支撑体系屈曲荷载作用不明显。在顶层步距两水平拉杆中间增设一道水平拉杆,支撑体系的屈曲荷载可得到有效提高。

北京新机场航站楼C3和C5型柱体系整体稳定分析

北京新机场航站楼C型柱曲面形状复杂,双向刚度不对称,整体稳定是其设计与分析中的关键问题之一。对C3和C5型柱进行了特征值屈曲分析;考虑初始缺陷影响、几何与材料非线性对C3和C5型柱进行了非线性屈曲分析,考察了C型柱的整体稳定性,研究了初始缺陷分布形式与缺陷幅值对C型柱整体稳定性的影响。分析结果表明:C3和C5型柱的前100阶特征值屈曲模态均为局部屈曲;C3和C5型柱达到临界荷载后不会因为局部杆件失稳而突然丧失承载能力,具有良好的整体稳定性;在各自以第1~3阶自振振型分别作为初始缺陷分布形式时,C3和C5型柱的临界荷载系数与无初始缺陷柱相比分别最大下降8.8%和9.7%,C型柱对初始缺陷的施加不敏感;在不同振型作为初始缺陷分布形式的情况下,各荷载-位移曲线重合度较高,C型柱对初始缺陷分布形式的变化不敏感;C3和C5型柱对初始缺陷的幅值在L/1 000~L/300(L为柱高)间变化同样不敏感。建议在C型柱整体稳定分析中,初始缺陷幅值取L/300。

点蚀对钢梁腹板抗剪性能的影响研究

为研究点蚀损伤对钢梁腹板受剪性能的影响,采用有限元法研究板厚、蚀坑数量和蚀坑直径对点蚀剪切板受剪性能的影响,提出纯剪切作用下钢梁腹板弹性临界力、剪切刚度和弹塑性临界荷载的计算式。研究表明:点蚀体积损伤Dv和点蚀表面损伤Ds分别是描述剪切板的弹性剪切临界荷载和纯剪切刚度退化的参数,且Dv与点蚀板剪切弹塑性临界荷载有较强的相关性。所提出的计算式方便工程应用,可为点蚀损伤下钢梁的承载力和刚度计算提供依据。

受局部面荷载作用波纹腹板钢梁非线性有限元分析

波纹腹板H型钢梁与普通H型钢梁相比具有更好的受力性能,工程应用日益广泛。针对12根超出中国规程计算范畴的受局部面荷载作用的波纹腹板型钢试件,运用ANSYS有限元软件进行非线性分析,得到试件承载力的数值计算结果,并与试验值进行比较分析,结果表明:计算值与试验值二者吻合较好。

钢结构单管通信塔自振周期的若干研究

因为现行GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》提供的自振周期经验公式的计算结果与实际计算结果有些差异,导致结构安全性可能存在隐患,通过介绍几种基于结构力学基本原理求解钢结构单管通信塔基本自振周期的方法,并与SAP 2000软件计算的结果进行比较分析,得出可用于指导实际设计的结构基本自振周期的估算公式,该结果与SAP 2000分析软件的计算结果吻合较好。

某大跨桁架加固及节点分析研究

焊缝连接在钢结构工程中应用广泛。传统设计假定焊缝应力在有效截面上分布均匀,但实际上焊缝存在严重的应力集中及应力分布不均匀的现象。如果设计中不考虑焊缝单元的节点分析,与实际情况会存在一定程度的误差。以某大跨42 m桁架加固实例为分析对象,详细介绍了桁架的加固设计,并采用有限元软件ABAQUS对节点进行分析。

整体卫浴与主体结构连接的结构方案及标准化

整体卫浴是一种高度集成的新型工业化生产加工的卫浴间产品。根据常见的整体卫浴尺寸设计与主体结构相连接的角钢框架,提出整体卫浴与主体结构连接的两种结构方案:整体卫浴与柱的螺栓连接和整体卫浴与次梁的螺栓连接,并根据构造要求、结构的受力特点、力学性能、考虑地震作用对结构的影响给出了具体的连接形式和连接尺寸,以期新方案可以推进标准化内装,进而促进钢结构住宅的发展。

中等跨径公路钢箱梁桥结构内力分析

钢箱梁桥已广泛应用于公路中等跨径桥梁中,对中等跨径公路钢箱梁桥的合理构造进行研究,有利于推动钢桥的标准化建造。通过对代表性桥宽和典型主梁间距进行探讨,重点分析典型主梁布置和桥宽下,单根主梁的弯矩和剪力、恒载和活载比例等参数与主梁跨径的关系。研究表明,单梁设计内力主要决定于主梁间距和跨径,而与桥宽关系不大;单向行驶的弯矩、剪力值可作为主梁的设计代表值。

圆钢管轴压构件开洞的补强措施研究

对轴压工况下圆钢管构件侧壁开圆洞的补强措施进行研究。采用验证过的数值分析方法,建立36个参数模型,给出内套管补强和外贴环板补强对构件承载力的影响。根据参数分析结果,给出开洞补强的设计建议。