《建筑钢结构进展》2022年第4期

我国承诺在2030 年前实现碳达峰，2060 年实现碳中和，实现这一目标需要全社会共同努力，建筑业更是要积极转型升级，实现绿色可持续发展。钢结构属于典型的绿色环保节能型结构，符合循环经济和可持续发展的要求，近年来得到了快速发展，2020 年钢结构产量达到了8,900万t。通过对钢结构行业近年来的调研数据进行详细分析，阐述了钢结构行业的发展现状，重点分析了钢结构相关政策、加工区域特点、钢材品种及强度应用、钢结构应用领域、人均生产劳动率、行业集中度等，指出了双碳目标下我国钢结构行业的发展趋势及路径，对钢结构行业发展有重要指导作用。

提出了一类新型预制拼装组合结构盖梁。为研究其受力机理，建立了非线性有限元模型，讨论了预制拼装组合结构盖梁破坏过程，分析了钢材强度、本构模型、腹板和顶板厚度对承载力的影响，通过理论计算对数值模拟进行了验证。研究结果表明：新型预制拼装组合盖梁先后出现混凝土开裂、腹板、顶板及加劲肋屈服、强化后达到极限承载力，表现为剪切破坏状态；试件加载中荷载-挠度曲线表现出明显的线性、塑性和加强阶段，结构屈服后有较好的延性，承载力保持逐步增长；试件腹板和混凝土承担70%~75% 的极限承载力，腹板厚度和强度的增加可有效提高试件屈服荷载、极限承载力；试件屈服后，盖梁顶板和钢材强化提供部分承载力，不可忽略顶板及加劲肋、钢材强化对承载力的影响。

提出了一种模块化建筑钢结构模块间螺栓-抗剪键节点，并分析了其受力性能。该节点的构造形式一方面实现了竖向承载与水平承载方式的分离，便于节点进行设计和分析；另一方面使得模块间连接操作在室内就可以完成，适用于多种安装位置。通过理论分析得到了双模块连接节点抗拉承载力、抗剪承载力和抗弯承载力的计算方法。使用ABAQUS 建立该节点的有限元模型并进行数值模拟，验证节点承载力计算方法的有效性。通过对比双模块连接节点和四模块连接节点的数值模拟结果，说明了共用连接板对节点受力性能影响较小，从而证明双模块连接节点的承载力计算方法也适用于其他多模块连接节点。

为研究大空心率的圆中空夹层钢管超高性能混凝土短柱的轴压力学性能，进行了6 根大空心率的圆中空夹层钢管超高性能混凝土短柱和1 根实心圆钢管超高性能混凝土短柱对比试件的轴压试验研究，分析了试件的破坏形态、荷载-应变关系曲线和横向变形系数。结果表明：大空心率的圆中空夹层钢管超高性能混凝土柱的轴压破坏形态表现为剪切型破坏和端部鼓曲破坏，其中内钢管在外钢管鼓曲的位置发生了向内的屈曲；随着空心率的增大，试件的承载力随之降低，试件的横向变形发展速度加快。采用有限元软件ABAQUS 建立了轴压试件的分析模型，其中分别采用了两种混凝土本构关系模型进行了模拟，结果表明：采用两种混凝土本构关系模型模拟的破坏形态、极限承载力和荷载-应变关系曲线的弹性阶段都与试验结果基本吻合，它们的差异主要体现在极限承载力和荷载-应变关系曲线的下降段。

圆端形钢管混凝土已被应用在沿海城市的桥梁工程中，该类结构耐腐蚀性差和自重大，圆端形不锈钢-混凝土-碳素钢组合柱可解决以上问题。采用ABAQUS 对圆端形不锈钢-混凝土-碳素钢组合柱的双向偏压性能进行了分析研究。结果表明：在双向偏压作用下，圆端形不锈钢-混凝土-碳素钢组合柱承载力较高、延性较好。内、外钢管对混凝土均有较好的约束作用，其中外层钢管对混凝土的约束作用比内层钢管的约束作用更强，约束作用主要集中在圆弧段。随着轴向压力的增加，构件抗弯承载力下降，由于圆弧段具有更强的约束作用，使得构件绕强轴的抗弯承载力下降程度比绕弱轴的抗弯承载力下降程度小。建议的双向偏压作用下的简化公式，与有限元计算结果相比简化公式计算得出的结果精确性较高。

对304D奥氏体和TSZ410 铁素体不锈钢进行了高温过火冷却后的力学性能试验研究，得到了高温过火冷却后不锈钢材料的弹性模量、名义屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等主要力学性能指标，并将试验结果与已有同类试验结果进行对比。结果表明，两种不锈钢在不同过火温度和冷却方式（自然冷却、浸水冷却）下有不同的外观特征，过火温度高于400℃时，TSZ410铁素体不锈钢试件表面颜色均比304D奥氏体不锈钢要深；高温过火冷却对304D 奥氏体不锈钢的屈服强度有一定的影响，对其弹性模量、极限强度和断后伸长率的影响不大；高温过火冷却对TSZ410铁素体不锈钢的屈服强度、极限强度和断后伸长率的影响较大，对弹性模量的影响很小；当过火温度低于700℃时，TSZ410铁素体不锈钢的强度衰减和延性增长均高于304D奥氏体不锈钢。

二维瞬态传热模型仅对构件横截面内两个维度的高温传热进行模拟，若需考虑轻钢组合构件纵向各横截面间的传热影响，需建立三维数值传热模型。建立了轻钢组合构件三维传热有限元精细模型，考虑了空腔热传导、热对流和热辐射作用及构件纵向传热的影响，数值模拟结果与试验结果吻合良好，并在此基础上对组合构件的纵向传热进行了研究。为节省三维传热模拟的计算时间，提出利用热传导作用等效空腔对流作用的简化处理方法，并将二维等效简化方法及所推导的等效导热系数用于三维等效简化模型的建立。将模拟结果与试验结果进行对比，验证了三维等效简化模型的有效性。

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100kN 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。

为了研究初始几何缺陷对跨层平面桁架稳定承载力的影响，以某车站正立面跨层平面桁架为例，在1∶10 的缩尺模型静力试验的基础上，结合有限元模型，考察了不同幅值的整体缺陷与构件缺陷对结构稳定承载力的影响。对比了一致缺陷模态法和静力失稳模态法这两种整体缺陷分布方法对结构稳定承载力的影响。研究表明：达到承载力极限前，桁架平面外位移量较少，未发生平面外失稳，在规范允许的偏差范围内，缺陷对结构的承载力影响几乎可以忽略；跨层平面桁架结构稳定承载力对初始几何缺陷的敏感性较弱，但其平面内及平面外位移对几何缺陷较敏感；整体缺陷对结构的影响较大，而构件缺陷对结构的影响较小；采用一致缺陷模态法作为整体缺陷的分布方法比静力失稳模态法更加不利。

“天环”位于世茂深港国际中心商业综合体的裙房七层，作为项目特色亮点区域，将与餐饮、观光、展览、舞台等功能相结合，带动项目乃至片区的商业活力。“天环”结构水平弧形外伸，悬挑跨度为28.5m，悬挑段总长度为59.6m，采用顶部巨型箱梁吊挂的结构形式。“天环”的竖向一阶自振频率为1.88Hz，使得人致振动舒适度问题成为结构设计的控制要素。从适用标准、参数取值、人致荷载的选取及工况模拟等方面详细分析了“天环”的振动舒适度性能，提出了采用TMD 装置满足舒适度要求的方案，并给出了减振装置的设计参数。文中 分析方法和成果可供类似的吊挂型长悬挑钢结构借鉴和参考。

结合特高压工程数据对中冰区和重冰区输电塔典型挂线角钢节点在控制工况作用下的受力特点进行了数值模拟研究。研究结果表明：悬垂塔挂线角钢节点的变形受挂点垂直荷载控制，耐张塔挂点变形受挂点张力荷载控制，挂点螺栓主要受拉控制。根据数值模拟结果，结合传统的多排螺栓节点计算方法，量化了挂线角钢与螺栓群间的刚度差异，从应力-应变层面推导了一套考虑挂线角钢和螺栓相对抗弯刚度比影响的螺栓群理论计算方法，计算方法能够较好地反映挂点螺栓群布置形式和荷载作用形式对螺栓群受力中和轴位置的影 响，计算结果与数值模拟结果吻合良好，精度较传统多排螺栓节点计算方法有较大的提高，可以用于指导工程实践，对输电塔结构设计的发展具有重要意义。

施工过程对大跨复杂结构的受力及变形影响显著，针对施工中复杂钢结构存在大量预制构件的特点，提出可模拟预制构件行为的无形变单元结构非线性施工分析方法。基于PEP 梁柱单元理论，提出了无形变单元刚度矩阵的计算方法、单元施工分析激活步骤及“一单元一构件”的建模方法。通过大跨结构施工分析算例，与传统生死单元与分步建模法计算结果对比，证明不考虑累积施工变形对预制构件影响的传统施工模拟方法会低估结构关键部位的内力和变形，导致不安全的设计结果。所提出方法可准确模拟预制构件对其余结构部分的影响及其相互作用，施工分析步骤简单，分析效率高，是结构非线性施工分析的有效方法。