《钢结构（中英文）》2021年第11期导读

摘 要： 为了分析强弱轴、梁柱截面宽厚比、高跨比、轴压比对柔性框架结构在低周往复荷载作用下初始刚度、承载 力、变形能力的影响,首先对一榀双层无轴压条件下的柔性钢框架进行拟静力试验研究,以试验结果为依据,在此 基础上建立非线性有限元模型。并对以下内容进行了研究:1) 轴压比为0.1、0.2、0.3、0.4时对结构的峰值位移、 峰值荷载、初始刚度及变形能力的影响;2) 高跨比对结构受力性能的影响,通过分别改变结构层高和结构跨度来改 变高跨比;3) 构件宽厚比对结构受力性能的影响,通过分别改变腹板的宽厚比和翼缘宽厚比来改变宽厚比;4) 柱的 强、弱轴对构件受力性能的影响。

结果表明:1) 增大轴压比时,承载力、变形能力和初始刚度均降低;2) 结构的承载能力、初始刚度与高跨比成反相关,变形能力随着高跨比的增大而增大;3) 随宽厚比增大,承载能力、初始刚度均增大;4) 强、弱轴方向的改变对结构整体性能的影响较大,当钢柱从强轴方向变为弱轴方向时,承载能力下降了40%,初始刚度下降了65%。

关键词： 柔性钢框架；抗震性能；有限元分析

来 源： 唐强，刘强，王连坤，杨惠贤，郭语，严自强，王吉琮 . 柔性钢框架结构受力性能分析[J]. 钢结构(中英文), 2021, 36(11): 8-13. 

DOI: 10.13206/j.gjgS20092302

摘 要： 1994年美国北岭地震、1995年日本阪神地震的灾害调查发现传统抗弯钢框架结构的梁柱连接节点出现了 大量的脆性破坏,导致具有良好延性行为的抗弯钢框架结构变形能力未能得到充分发挥,结构整体抗震性能较差。 因此,梁柱连接节点性能的优劣成为决定抗弯钢框架结构抗震性能好坏的关键因素。为适应公共建筑跨度大的特 点,国内外一些大型公共建筑(如医院、商场、体育场馆等)逐渐采用特殊桁架式钢框架结构(简称STMF)。STMF结构具有抗侧刚度大、水平承载力高、耗能性能优良等优点,具有广阔的应用前景。但钢桁架与钢柱之间的连接节点易于断裂,特别是腹杆、弦杆与钢柱的连接焊缝处极易脆断,导致STMF结构的延性及变形能力较差。目前,国内外学者对STMF连接节点的研究仍相对较少,不利于STMF结构的工程推广应用。为明晰STMF连接节点的滞回性能,以STMF结构的边柱节点作为研究对象,通过有限元方法分析了STMF连接节点的受力特征,明晰了相关设计参数对其滞回性能的影响,为其工程应用提供参考。

首先,设计了STMF连接节点的BASE试件,利用CAD程序建立其三维几何模型,使用Hypermesh程序对其进行了网格划分,采用ABAQUS程序建立了微观有限元模型并进行了滞回性能分析。其次,在BASE试件的基础上,衍生设计了3个系列STMF连接节点,重点考察了弦杆截面、桁架高度、端斜腹杆截面等主要因素对其滞回性能、抗弯承载力、变形能力、破坏模式、应力分布的影响。

分析发现:STMF连接节点中桁架下弦杆的Mises应力水平相对较高,端节间的下弦杆在弹塑性阶段易出现整体失稳,加载后期还会出现局部失稳;随着弦杆截面的增加,STMF连接节点的抗弯承载力、节点转动刚度、耗能能力均呈增大趋势,但对STMF连接节点滞回曲线的形状影响较小;随着桁架高度的增加,STMF连接节点的抗弯承载力、节点转动刚度、耗能能力均呈显著增加趋势,但破坏模式并未显著改变;在桁架端部斜腹杆并非过弱的前提下,改变端斜腹杆截面对STMF连接节点的滞回性能、抗弯承载力、节点转动刚度、耗能能力影响不明显,其受力模式和应力分布并未发生显著改变。

关键词： 桁架；梁柱节点；滞回性能；有限元分析

来 源： 庞琳，孙国华，董嘉颖，廖倩文. 特殊桁架式钢框架连接节点的滞回性能分析[J]. 钢结构(中英文), 2021, 36(11): 14-20. 

DOI: 10.13206/j.gjgS20081102

摘 要： G20Cr2Ni4A 钢属CrNi系优质合金渗碳钢,Cr、Ni含量较高,淬透性较好,渗碳处理后表面有相当高的硬 度、耐磨性和接触疲劳强度,同时心部还保留良好的韧性,具有优良的综合力学性能。由于G20Cr2Ni4A 钢临界点 Ac ₁ 和Ac ₃ 之间温度范围较窄,Ac ₃ 为780 ℃,故可选择较低的淬火温度,既可保证表面和心部硬度,同时齿轮畸变 也会减小。G20Cr2Ni4A经加热淬火+回火,能提高材料的冲击韧性,改善构件心部的综合力学性能。20Cr2Ni4A 钢淬火试样经不同温度回火后的冲击韧性研究发现,当回火温度为200 ℃左右时,冲击韧性最高。

选取回火温度为200 ℃,通过两因素三水平的正交试验对20Cr2Ni4A 钢进行热处理,观察淬火温度和回火时间对其金相组织、残余奥氏体含量、硬度和冲击性能的影响。正交试验采用800,850,900 ℃的淬火温度和1,3,5 h的回火时间对G20Cr2Ni4A 钢进行热处理,然后分别测出其硬度、冲击功和残余奥氏体含量,通过正交试验分析,并与原始样品对比,得出:淬火加热温度与回火时间对G20Cr2Ni4A  钢的力学性能有显著影响。随淬火加热温度升高,硬度、冲击功、残余奥氏体量均先增大后缓慢减小;随回火时间延长,硬度、冲击功、残余奥氏体量均先减小后增大。硬度随残余奥氏体含量的增加而增加,冲击韧性与残余奥氏体量成近似直线关系。G20Cr2Ni4A 钢经850 ℃淬火+经200 ℃ 回火1 h后,残余奥氏体含量为2.97%,试验钢具有最佳的综合力学性能,其硬度为45.1,冲击功为25.0 J。

关键词： G20Cr2Ni4A；正交试验；热处理；力学性能；残余奥氏体

来 源： 董福元，蒙昭静，张明旭.热处理对G20Cr2Ni4A 钢性能影响的正交试验研究[J]. 钢结构(中英文), 2021, 36(11): 21-26. 

DOI: 10.13206/j.gjgS20032601

摘 要： 近年来,虽然我国公路钢结构桥梁建设取得了较大成就,但由于钢结构桥梁具有专业性强、工艺性高的特 点,加之设计单位与制造单位协同性较差,设计人员往往忽略钢桥梁制造的工艺性。因此,钢结构桥梁制造过程中 呈现出设计与制造之间脱节的现象。为提高设计人员对钢结构桥梁构造细节处理的意识,结合我国多座组合梁桥 对钢桥梁构造细节方面进行了较详细说明。

钢结构桥梁设计和制造脱节及构造细节处理内容主要体现在:1) 由于钢厂轧制能力、市场供应、供货量大小等方面影响,造成部分钢板或型钢无法采购;2) 钢桥梁设计时宜将制造节段内腹板或盖板的厚度统一,以减少制造资源浪费;3) 组合梁构件工厂内宜采用焊接连接,安装节段接口连接宜采用高强度螺栓连接;结构设计时需考虑螺栓施拧空间、桥位安装关系等;为防止发生漏浆现象,钢混结合面橡胶条厚度不宜过小;横坡设计时宜通过调整纵梁高程来实现,上盖板可设置成水平状态,通过橡胶条的可压缩性实现横坡变化;4) 组合梁钢板梁制造线形应为“恒载+1/2活载”的反向拱度叠加桥梁纵坡产生的竖向线形,同时应考虑架设施工工况对桥梁成桥线形的影响;为实现标准化制造,钢板梁制造节段曲线矢高较小时,宜采用“以直代曲”方案;组合梁防撞护栏设计时应考虑钢结构构件与混凝土预制件的精度关系;5) 钢桥梁应按需要合理设置焊接接头,尽量减少过度焊接带来的损伤,对于有熔深要求的部分熔透角焊缝应作出明确要求;6) 耐候钢桥梁设计时需注意桥面板防水、梁体通风、支座防护等细节,同时根据桥梁所处环境确定涂装或免涂装使用;7) 常规跨径桥梁具有线路长、线形复杂的特点,可采用“通用图+专用图”设计模式,为确保施工详图转化过程中桥梁线形和构件连接关系的准确性,选择合理的详图转化方式较为关键。所阐述的钢结构桥梁构造细节处理内容,对于改善钢结构桥梁设计和制造脱节现象、提升我国钢结构桥梁设计人员构造细节处理水平具有较强的指导意义,亦为类似钢结构桥梁设计、制造提供了借鉴。

关键词： 组合梁桥；构造细节；材料选择；连接方式；焊接接头；曲线线形

来 源： 刘治国，李军平，车平，张海峰. 关于组合梁桥构造细节设计有关问题的探讨[J]. 钢结构(中英文), 2021, 36(11): 27-32. 

DOI: 10.13206/j.gjgS20062702

彭文兵

摘 要： 在2019年和2020年两年的风电抢装潮背景下,合同违约、设备无法如期交付等事件时有发生。以华东地 区某风场为例,风场大部分风机基础已浇筑完成,但风机厂家无法如期交付上部塔筒及设备,业主被迫选择其他风 机厂家。而新风机厂的塔筒和已建基础的接口不匹配,塔筒接口大于基础接口,且塔筒已生产,无法直接安装,基 础与塔筒之间的转接节点成为最重要的设计环节之一。

针对该风场的2.4 MW机组、轮毂高度为141 m的风塔,基于ABAQUS有限元分析软件对已建风机基础与置换塔架转接节点的受力性能进行分析,包括极限工况和疲劳工况。分析结果表明,极限工况下转接节点钢筒壁厚在37~45 mm范围内变化时,最大塑性总应变均小于1.0%;在塔架服役期内,钢筒壁与下法兰之间的对接焊缝焊趾处损伤累计值较大,对设计起控制作用;当转接节点钢筒壁厚在37~45 mm范围变化时,疲劳危险点损伤累计值随厚度增大而降低,壁厚39 mm 对应的损伤累计值大于限值1.0,壁厚45 mm对应的损伤累计值为0.66,最终将壁厚保守取为45 mm;将转接节点视为基础的一部分,采用转换节点后,其基础的整体抗弯刚度为81 GN·m/rad,仍满足风机厂家对基础的最小抗弯刚度要求(30 GN·m/rad),机组可安全运行。

关键词： 风力发电塔；转换节点；热点应力法；焊趾疲劳

来 源： 彭文兵.  已建风机基础与置换塔架转接节点有限元分析[J]. 钢结构(中英文), 2021, 36(11): 33-38. 

DOI: 10.13206/j.gjgS21031102

黄佳鑫1 　李 睿2 　孔 丹2 　刘 坤2 　何 嘉3

摘 要： 柔性吊桥是指不设加劲梁或加劲梁高度很小的吊桥,因其桥面系构造简单、耗钢量小、桥面架设和维护方 便、桥型美观、造价低等特点,适用于我国地形地势复杂的西南山区。柔性悬索桥中大部分荷载由缆索承担,虽在 设计时考虑了一定的安全系数,但随着时间的推移,车辆荷载作用下桥面将随悬索形状的改变而产生S形的变形, 不利于行车安全,同时,因超载、疲劳等不确定因素会导致吊杆破损,给吊桥的安全运营带来威胁,加上山区自然环 境恶劣,柔性吊桥疲劳寿命问题日益显现。近年来,我国因吊杆断裂导致桥梁垮塌的事件频频发生。因此需要对 柔性吊桥吊杆进行优化设计,以保障桥梁的安全高效。

以车里格桥为例,研究吊杆的破损安全优化设计方案,借助有限元软件计算原桥吊杆与基于应力差优化吊杆的内力,对比分析其是否能够实现寿命差。主要内容包括:1) 通过理论分析和计算分析提出由内外部分组成的单吊杆优化方案代替传统的平行双吊杆,并对其应力差及强度差的“ 破损安全吊杆系统” 进行评估。2) 介绍一种通过改变应力幅达到破损安全的设计方法,并与普通单吊杆进行计算对比。3) 用全动力模拟方法来模拟吊杆的骤断情况探究弹性块刚度对寿命差破损安全吊杆的破断影响。4) 通过改变吊杆内外部分的面积比及弹性块的刚度探究了寿命差破损安全吊杆的优化效果。

结果表明:其并不能实现明显的寿命差。在上述基础上提出在安全束下方添加橡胶垫块的方案,通过调整应力幅差达到破损安全优化设计的目的,并通过静、动力分析验证其优化效果;最后通过调整截面参数和橡胶垫块刚度来探究破损安全吊杆的受力特点。结果表明:橡胶垫刚度的改变对吊杆应力幅的影响较为明显。

关键词： 柔性吊桥；吊杆；破损安全；结构优化；寿命差

来 源： 黄佳鑫，李睿，孔丹，刘坤，何嘉.  基于破损安全的柔性吊桥吊杆的优化设计[J]. 钢结构(中英文), 2021, 36(11): 39-45. 

DOI: 10.13206/j.gjgS2008302

摘 要： 大跨的挠跨比与多高层的层间位移角一样,一直是设计控制的重要指标。《大跨单层异形钢网壳整体稳定承载力分析》一文从结构稳定角度全面细致地介绍了周口店遗址(猿人洞)保护建筑工程的结构设计,从网壳挠跨比限值和地震稳定两个方面对该项目进行进一步讨论,以引起业内同仁对学术研讨的关注和参与。

关键词： 大跨；网壳；挠跨比；稳定

来 源： 王立军. 关于《大跨单层异形钢网壳整体稳定承载力分析》一文的讨论[J]. 钢结构(中英文), 2021, 36(11): 47-48. 

DOI: 10.13206/j.gjgS21110201

问题引入： JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程 》(简称《高规》)第4.2.8条规定,“檐口、雨篷、遮阳板、阳台等水平构件,计算局部上浮风荷载时,风荷载体型系数不宜小于2.0。”有了《高规》这条规定,雨篷的负风压体型系数 μ _s 取值为-2.0是没有争议的。

但《高规》没有规定雨篷向下的正风压荷载体型系数如何取值,所以争议较大。很多人觉得不用考虑正风压,原因很简单,从已发生的工程事故来看,基本都是雨篷被吹翻,很少听过被吹掉,也有人认为可参考GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》(简称《荷载规范》)表8.3.1第29项“单坡及双坡顶盖”的体型系数来取值,但也觉得与雨篷形式不太一

样。对于向下荷载工况控制时,正风压的不利作用是不能忽略的,大雪时将雨篷压塌的事故,谁敢说没有正风压的作用呢? 只是《荷载规范》没有规定,每个人的想法肯定不一样,所以执行起来很困难。