[分享]期刊精选|《建筑钢结构进展》2020年第3期

含可更换剪切型耗能梁段组合钢框筒可克服传统钢框筒延性差和震后修复困难的缺点，有助于其在较高烈度区的应用。高层钢框筒用轴压比和等效实膜筒法确定的构件截面尺寸较粗糙,需反复试算和调整。为方便所提出的组合钢框筒结构的初步设计和抗震性能研究,给出了该新型结构各构件截面尺寸的预估方法,并通过组合钢框筒算例利用双向地震弹塑性时程分析方法验证了所提出预估方法的有效性;同时比较了罕遇地震下钢框筒与组合钢框筒的层间位移角、楼层位移、基底剪力、剪力滞后效应、塑性铰分布。研究表明:所给出的构件尺寸预估方法具有较好的效果,能够实现罕遇地震下塑性变形集中于耗能梁段,便于震后修复和功能恢复;罕遇地震下,相对传统钢框筒,组合钢框筒的各楼层的弹塑性层间位移角、楼层位移均明显减小,且其水平主向的基底剪力峰值明显减小,具有良好的减震效果,此外其角柱的轴力绝对值明显降低,减小了剪力滞后效应。

随着对作为蒙古族特色房屋的蒙古包适用性、功能性要求的不断提升，对其结构的受力性能也提出了新的要求。考虑到绿色、安装便捷等现代房屋建造要求，在双肢冷弯C形钢门式刚架的基础上提出新的陶脑构造，设计出一种装配式蒙古包刚架。运用ANSYS有限元软件考察了此类新型刚架的抗震性能，并以C形钢厚度、柱翼缘宽度、节点板厚度、梁腹板高度、屋面坡度和陶脑直径为参数，对双肢冷弯C形钢蒙古包刚架进行了抗震性能影响因素分析。结果表明:该新型刚架结构陶脑构造对刚架受力性能有所提升，此结构具有良好的抗震性能。设计中建议节点板厚度不应小于6 mm，C形钢厚度不应小于2.5 mm。

为研究一种钢管混凝土柱内横向预埋金属波纹管内插钢筋后注入高强灌浆料的连接方式的黏结锚固性能，进行24个预埋金属波纹管浆锚钢筋连接件抗拔试验研究，主要考虑金属波纹管直径D、钢筋直径d以及钢筋的锚固长度la等因素对其黏结锚固性能的影响规律。试验结果表明:当锚固长度la=4d时，钢筋在受拉屈服前发生锚固破坏;当la=7d时，钢筋能达到其屈服强度;当la=10d时钢筋能达到其抗拉强度，同时，金属波纹管与钢筋直径的孔径比D/d对黏结性能有显著影响。对试验结果分析可知，钢管混凝土柱内横向预埋金属波纹管浆锚钢筋连接方式构造形式简单、施工高效，具有较好的锚固性能。

柔性法兰是一种构造简单、盘面平整的钢管连接节点形式，通过内、外两道环向角焊缝传力。研究了柔性法兰节点轴心受拉承载力特性，以法兰盘厚度为参数，开展柔性法兰轴拉承载力试验研究，考察了柔性法兰盘面变形特点及节点应变发展规律，发现增大法兰盘厚度可使柔性法兰轴拉屈服承载力提高约15%。建立柔性法兰的非线性有限元模型，分析了轴拉作用下柔性法兰的变形特性及法兰盘和内、外角焊缝的应力分布及发展情况。分析结果表明:法兰盘根部内缘张开，外缘顶紧，盘面中部应力最大，与试验结果吻合良好。最后，提出轴心受拉柔性法兰盘面变形计算方法，建议法兰盘根部变形修正系数取1.4，提出的盘面变形计算公式可供柔性法兰设计时参考。

为研究重力-抗侧力可分钢框架体系的受力性能,以某个实际工程为建筑方案,利用ETABS和PKPM软件建立了15层的重力-抗侧力可分钢框架体系和刚接钢框架体系的结构模型,在地震作用下对2种体系进行弹性和弹塑性分析。经过对比分析后得到了以下结论:在用钢量基本相同的情况下,重力-抗侧力可分钢框架体系的抗侧刚度和结构性能与刚接钢框架体系的抗侧刚度和结构性能相近;重力-抗侧力可分钢框架体系的抗弯框架受力充分,塑性铰较少,能够更好地耗散地震能量;重力-抗侧力可分钢框架体系内侧梁柱的截面较小,能够有效解决钢结构建筑露梁露柱的问题;重力-抗侧力可分钢框架体系与刚接钢框架体系相比拥有大量的铰接节点,能够降低施工难度,大大缩短建设周期,具有更好的经济效益和社会效益。

为研究过焊孔衬板连接焊缝对梁柱连接节点断裂性能的影响,设计了3个栓焊混合连接边柱节点试件进行低周往复加载试验,研究试件的断裂特性及极限承载能力,建立三维有限元计算模型,以Ｉ型裂纹尖端应力强度因子KⅠ和J积分作为评价指标,对比分析了过焊孔衬板连接焊缝对节点断裂性能的影响。研究结果表明:过焊孔衬板带双边焊缝节点试件的延性系数、等效粘滞阻尼系数和极限承载力与带单边焊缝节点试件的对应值相比,分别提高了29%、31%和23%;过焊孔衬板带四边围焊缝节点试件的延性系数、等效粘滞阻尼系数和极限承载力与带单边焊缝节点试件的对应值相比,分别提高了70%、47%和33%。过焊孔衬板采用双边焊和四边围焊可以改善对接焊缝处的应力状态,将应力峰值外移至梁翼缘母材处,减缓对接焊缝的开裂;采用四边围焊对防止对接焊缝端部发生脆性开裂的效果更为明显,可显著降低缺陷尖端处的Ｉ型应力强度因子KⅠ值及JⅠ值。

设计了扭转试验装置，对T形截面波纹腹板H形钢组合梁进行了扭转性能试验，研究波纹腹板H形钢组合梁在扭转作用下的扭矩-扭率特征曲线、各组成部分的应变发展及分布规律、混凝土翼板裂缝的发展与分布规律以及组合梁的受扭破坏形态。研究表明:由于波纹腹板具有褶皱效应，且其上、下部所受混凝土翼板与下翼缘的约束强弱不同，导致上、下部波纹腹板的变形不一致，在截面高度范围内剪应变分布不均匀，这与平钢腹板组合梁腹板剪应变分布均匀明显不同;波纹腹板容易发生翘曲变形，但翘曲应变较小;混凝土翼板裂缝小于45°，与钢筋混凝土构件受扭接近45°显著不同;通过理论分析推导出波纹腹板H形钢组合梁弹性抗扭刚度的计算公式，并与试验结果进行了对比。

弯扭箱形钢构件是指在箱形钢构件的基础上,2个端部绕构件轴线发生扭转、沿构件纵向发生弯曲的复杂构件。因优美的建筑造型,弯扭箱形钢构件近年来在国内外的大跨度空间结构中逐步得到应用,然而目前对于弯扭箱形钢构件的受拉性能和破坏机理尚缺乏系统性的研究。利用ABAQUS有限元程序建立了受拉作用下弯扭箱形钢构件的数值分析模型,通过试验验证了计算模型的准确性。研究了钢材强度、弯曲曲率、截面相对扭转角和钢板厚度等参数对弯扭箱形钢构件受拉承载力的影响规律。分析结果表明:随着钢材强度和钢板厚度的增加,弯扭箱形钢构件的屈服受拉承载力明显提高;构件弯曲程度和截面相对扭转角的增大会明显降低其屈服受拉承载力。另外,还分析了弯扭箱形受拉钢构件的破坏模式和受力机理,研究结果可为实际工程中弯扭箱形钢构件的设计和应用提供参考依据。

利用钢结构设计软件3D3S对均匀锈蚀的正放四角锥网架的受力性能进行研究分析;应用有限元分析软件ABAQUS对均匀锈蚀和非均匀锈蚀2种情况下的正放四角锥网架的受力性能和稳定性能进行分析,研究不同初始缺陷对网架的极限承载力和变形的影响。研究结果表明:随着锈蚀程度的增加,网架最大应力大致呈二次曲线增长,最大位移呈线性增长,稳定承载力显著降低,初始缺陷对网架极限承载力的影响较小,可忽略不计;下弦杆的锈蚀对网架极限承载力影响最大,上弦杆锈蚀的影响次之,腹杆锈蚀的影响最小。

为了研究Ｋ形节点主管变径加强连接在大跨度钢管结构中的受力性能,采用有限元软件ABAQUS对Ｋ形变径加强节点进行了3种增强模式的承载力和滞回性能的研究:增加管径及壁厚、整体只增加管径和整体增加管径及壁厚,通过比较对Ｋ形变径加强节点的受力性能作出评价;并结合公式法的计算结果,分析产生误差的原因。研究结果表明,Ｋ形变径加强节点的承载能力明显优于普通节点的承载能力,具有较好的滞回曲线和骨架曲线,表现出良好的抗震性能,研究结果可为工程设计提供参考依据。

对超高层结构的抗风性能要求很难单独通过调整结构构件尺寸来满足，所以耗能减振技术应运而生。耗能减振技术为建筑抗风设计开辟了新的途径，并以传统抗风设计无可比拟的优点，受到了各国学者和工程人员的青睐和重视，得到了越来越多的研究。黏滞阻尼器作为一种速度相关的耗能减振设备，具有出力平稳、在微小位移下仍能发挥作用的优点，因此黏滞阻尼器在风荷载下能够正常发挥作用。反向肘节放大系统是一种阻尼器位移放大的机械系统，它可以将阻尼器的作用放大到2~4倍，在减振效果相同时可以将阻尼器数减少几乎一半。在此基础上，以某超高层项目作为工程案例介绍了该项目黏滞阻尼系统的具体设计，并对有控结构和无控结构在风荷载下的性能进行了对比，结果表明，黏滞阻尼系统显著提高了结构的抗风性能。

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。

施工过程监测数据链的实质是自变量为时间的数据序列,分段线性化表示方法是表述时间序列数据特征的有效方法之一,但其在施工过程监测数据处理领域的应用较少。从获取施工过程静力监测时间序列数据的极值点入手,将获取的二次极值点序列作为监测时间序列的趋势转折点序列;采用转折点到区域距离的判断方法遴选出重要趋势转折点,并将其作为时间序列的分段点,从而实现静力监测时间序列的分段线性化表示。以浙江路桥新桥的整体移运施工过程监测为例,采用所提出的方法对其典型应力数据链进行分段线性化处理,验证了该方法的有效性。