我国建筑钢结构新型钢材的发展现状

本文介绍了近年来低合金高强度钢、耐火结构用钢、低屈服比结构用钢以及热轧H型钢等建筑钢结构新型钢材在我国的发展现状 ,并对这些钢材的材质性能和优势性进行了分析 ,以供建筑钢结构行业的设计和制造人员在选材时参考     

高强Q460钢高温冷却后力学性能研究

为了评估高强Q460钢高温冷却后的力学性能,采用电炉对高强Q460钢进行加热升温,再采用自然冷却或浸水冷却方式冷却,然后进行拉伸试验,获得了高温冷却后高强Q460钢的应力-应变关系曲线、屈服强度、极限强度、弹性模量和极限伸长率.将高温冷却后高强Q460钢和普通Q235钢的屈服强度、极限强度和弹性模量进行对比.结果表明:高温后高强Q460钢力学性能与常温下力学性能相比有所变化,尤其是当温度超过700℃时,变化基本较大;700℃后,不同冷却方式对高强Q460钢极限强度和极限伸长率影响较大,浸水冷却后钢材的极限强度明显高于自然冷却后钢材的极限强度,而浸水冷却后钢材的极限伸长率则明显低于自然冷却后钢材的极限伸长率;高强Q460钢弹性模量和屈服强度受冷却方式的影响较小;高温冷却后高强Q460钢与普通Q235钢屈服强度、极限强度和弹性模量折减系数存在差异.     

高强钢组合K形偏心支撑结构的结构影响系数和位移放大系数研究

高强钢组合K形偏心支撑结构是指耗能梁段采用普通钢材(如Q345钢),而框架梁、柱采用高强度钢材(如Q460钢)的结构.耗能梁段在大震作用下剪切屈服耗散能量,而梁柱构件基本处于弹性受力状态,保证地震作用下的塑性变形仅集中于耗能梁段.结构影响系数R是基于性能的抗震设计方法中至关重要的部分,尺取值合理是结构抗震性能设计的关键...     

某超高层钢结构公寓建筑消能减震方案优化设计

某超高层钢结构采用钢框架+钢支撑筒结构体系,并采用了屈曲约束支撑(BRB)和钢连梁作为消能构件。塔楼由5个避难层自下而上分成编号为Ⅰ～Ⅵ六个分区。通过改变六个分区消能构件的布置情况,设计了多种消能减震方案。通过对不同消能减震方案进行罕遇地震弹塑性时程分析,比较结构层间位移角、顶点位移、能量耗散及构件损伤等指标,总结了屈曲约束支撑的布置区域及消能构件(BRB和钢连梁)的屈服承载力等因素对结构减震性能的影响。结果表明:在Ⅰ～Ⅱ区布置BRB和钢材等级为Q345的高屈服承载力钢连梁,以上各区布置钢材等级为Q235的低屈服承载力钢连梁的消能构件布置方案减震效率高,且相对经济合理。     

建筑钢材的发展趋势

为了满足建筑高层化、结构大跨度化等要求，建筑结构用钢材正向高强化、极厚化、低屈服比、低屈服点和专用化方向发展，现以日本为例说明如下。 高强化极厚化：现已大量使用 ４９０ ＭＰａ级和 ５９０ ＭＰａ级的高强度钢，７８０ＭＰａ也正在积极使用。钢板厚度达９０～１００     

轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构抗震性能数值分析与试验研究

为研究地震作用下轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构的受力特性和破坏机理,利用ABAQUS有限元分析软件建立了轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构的有限元分析模型,并通过试验验证了有限元分析模型的准确性。分析了钢材屈服强度、填料强度、面板类型、钢带数量以及龙骨立柱间距对轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构抗震性能的影响。研究结果表明：钢框架的钢材强度、面板类型和钢带数量是影响轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构抗剪承载力的主要因素,轻钢龙骨的钢材强度、填料强度和龙骨立柱间距对轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构的影响较小。研究成果将为此类结构在设计与施工应用中提供科学依据。     

薄壁钢约束方木柱轴心抗压性能有限元模拟

为探究合理有效薄壁钢约束方木柱轴心受压有限元分析模型,以及预应力对该薄壁钢约束方木柱轴心受压性能的影响;采用ABAQUS有限元软件建立了薄壁钢约束方木柱模型,采用"静摩擦-动摩擦指数衰减"接触模拟了薄壁钢与方木柱的相互作用,采用自定义场输出转换器单元实施了预应力的施加.基于合理有效有限元分析模型,进行预应力度k(钢材表面拉应力σcon与钢材屈服强度fy比值)=0、0.1、0.15、0.2和0.25对薄壁钢约束方木柱轴心抗压性能影响分析.分析结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合良好,k=0相较于k≠0的试件屈服荷载、极限荷载和残余强度都更低,且更早进入塑性阶段,残余强度随着k的增加而下降;但k并非越大越好,过大的k会造成钢材部分区域屈服,削弱主动围压的效果;由于预应力的存在,预应力薄壁钢约束方木柱具有更好的承载力性能和延性.     

高功能结构用钢板的发展

日本钢铁业近年来在建筑结构用钢的研发上,投注了相当多的人力资源,开发出一系列所谓的高功能结构用钢板,附予这些钢材各种不同的规格外性质保证,达到增加钢结构物安全性、造型美观、降低钢结构物建造成本等效益。由于地域关系,台湾的钢构及建筑业多少亦受到日本相关产业的影响,因此近年来业界对这类高功能结构用钢材的需求逐渐浮现,本文的主要内容,即在说明高功能结构用钢包括了高入热量焊接结构用钢、耐火钢、低降伏比钢、狭降伏强度变异钢、极低强度吸震钢板在日本的发展状况,以及中钢现有的研发成果,提供钢构及建筑业将来在选料用料上参考。     

火灾后钢吊柱及其节点受力性能试验研究

为了对某工程悬挂体系中的钢梁(钢桁架)-钢吊柱及其节点不同程度火灾后的受力性能进行评估,本文制作2组6个钢梁(或钢桁架)-钢吊柱节点缩尺试件,其中每组2个试件按照4条不同的环境升温曲线进行过火试验,冷却后对6个试件进行力学试验。试验结果表明:过火试验中试件表面温度低于炉内温度约600℃~700℃,说明防火涂料起到了有效的保护作用;钢材表面最高温度为190℃时,屈服荷载、极限荷载和刚度基本没变化;钢材表面平均温度为275℃时,节点和试件屈服荷载提高11.3%,初始刚度下降3.47%;钢材表面最高温度为400℃时,屈服荷载和极限荷载基本没变化,初始刚度下降7.6%;钢材表面平均温度为600℃时,节点和试件屈服荷载下降3%,初始刚度下降14%。SC1系列试件最终在梁柱连接焊缝的热影响区发生脆性断裂破坏,过火后热影响区应变增长速度比钢材应变增长快,说明火灾后焊缝的劣化更严重。     

混合高强钢框架极限承载性能有限元分析

混合高强钢框架是一种钢梁采用低强钢材(Q235,Q345),钢柱采用高强钢材(Q460,Q690)的新型抗弯钢框架结构体系。为研究不同钢材强度等级对混合高强钢框架承载性能的影响规律,采用有限元软件Abaqus对钢框架进行非线性分析。在试验验证的基础上,建立五榀单跨两层混合高强钢框架模型以及两榀普通低强钢框架有限元模型,对其承载性能与用钢量进行研究,比较各种抗弯钢框架结构的承载能力、变形能力、延性以及用钢量。研究结果表明:若合理选用梁柱的钢材强度等级,特别是钢梁选用较低的钢材(Q235)而钢柱选用高强钢材,混合高强钢框架可以获得比普通钢框架更好的承载能力、刚度与延性性能,并且可以节省18.3%的钢材,具有较好的经济效益。     

幕墙工程中钢铝组合截面杆件的设计

介绍了钢铝组合截面的形式及其应用方法，探讨了叠合式和组合式截面杆件的设计计算方法，以减少幕墙工程中的铝合金型材的用量，既增强了外表美观效果，又减低了造价成本。     

H形截面钢柱预压抗弯型连接节点受力性能试验研究

为满足钢结构快速绿色施工的需要,设计了一种新型H形截面钢柱拼接节点,即钢柱预压抗弯型节点。为研究此节点的受力性能,设计了3个足尺试件,对其进行低周往复加载试验,分析节点破坏模式、应力分布规律及对H形截面钢柱承载能力和刚度的影响。试验结果表明：柱拼接处翼缘首先发生屈曲变形,但对高强度螺栓施加的高预拉力使得柱仍然有较强的承载能力;节点处加劲肋对法兰板加劲效果明显,应力始终保持较低值,未发生屈曲变形;节点滞回曲线显示拼接柱水平位移较小,柱在节点处能量消耗小,保证了被连接构件刚度的连续性;节点区的剪切变形角最大为0.002 3 rad,变形较小。研究表明此节点是一种性能优良的H形截面钢柱拼接节点。     

不完全卸载条件下混凝土梁粘钢加固技术应用

结合工程实例，阐述了不完全卸载条件下粘钢加固混凝土梁的承载力计算及适用条件，并在此基础上分析了不完全卸载对变形和裂缝的影响，从而使加固后的构件起到加固补强的作用。     

钢连梁与混凝土剪力墙内埋钢暗柱式连接节点受力性能——试验研究

为研究钢连梁与混凝土剪力墙之间采用内埋钢暗柱式连接的受力性能,按照钢暗柱长度设计两组节点试件,分别为长钢暗柱节点和短钢暗柱节点,每组分别进行单调加载和低周反复加载试验。对比长、短钢暗柱节点的刚度和承载力,并分析长、短钢暗柱两种节点的不同破坏模式,发现长钢暗柱连接节点的破坏主要由剪力墙节点域钢暗柱腹板剪切屈服而破坏,而短钢暗柱连接节点破坏主要由于剪力墙钢骨附近的水平分布钢筋屈服而无法约束钢骨刚体转动。因此,长钢暗柱连接节点可以通过增加腹板厚度和高度来提高节点承载力,而短钢暗柱连接节点的承载力可以通过增加钢连梁与混凝土墙连接区域水平分布钢筋的直径或者减小钢筋间距来提高。     

冷弯折皱薄壁拱壳轻钢房屋

文章简要介绍了冷弯折皱薄壁拱壳轻钢房屋结构的组成、特点、适用范围;结构的受力特性、设计的若干问题及其分析软件MASSAP的功能等.     

装配式复式钢管混凝土框架—梁端连接#br# 钢板剪力墙抗震性能试验研究

提出装配式复式钢管混凝土框架-梁端连接钢板剪力墙新型结构体系,包含装配式梁柱连接、装配式柱柱拼接和装配式框架-剪力墙连接技术方案,可实现结构体系的全螺栓装配式连接。为研究所提装配式体系的抗震性能,开展3榀1:2缩尺模型拟静力试验,得到各试件的破坏模式、滞回曲线、位移延性等性能参数。发现3个模型均表现出良好抗震性能,最大层间位移角均超过4%,位移延性系数均超过4。框架-梁端连接钢板剪力墙(BSW)的破坏过程为：BSW屈曲后形成明显的“拉力带”,随后BSW在与框架的连接处发生撕裂,最后框架在梁柱节点和柱底区域形成塑性铰。试验结果表明：BSW先于框架发生破坏,可为框架提供第一道抗震防线,框架则为第二道;BSW可有效提高框架结构的承载力、刚度和延性,且提高的幅度与BSW的个数呈近似线性关系;所提BSW与框架的装配式连接可靠,可保证BSW与框架在整个加载过程中的协同工作能力,进而促使BSW的性能得以充分发挥。系列试验结果为所提新型装配式复式钢管混凝土框架 梁端连接钢板剪力墙结构体系的抗震设计提供依据。     

型钢-钢管混凝土柱耐火性能试验研究

通过8个组合柱短试件的温度场测试和10个组合柱长试件的耐火性能试验,研究了ISO 834标准升温曲线下型钢-钢管混凝土柱的温度场分布和耐火极限。试验参数包括截面形状、受火方式、轴压比和配骨指标。试验结果表明：配置型钢后钢管混凝土柱截面内升温速率会略有提高,内置型钢对截面温度场分布影响不大,但是钢管混凝土柱的耐火极限会大幅度提高;以四面受火的方形截面试件的耐火极限为参照,三面受火时耐火极限变化不大,两面受火和单面受火时耐火极限大幅度提高,圆形截面试件1/2表面受火时耐火极限亦明显提高;轴压比从0.3增大到0.4时,试件耐火极限显著降低。经过合理的设计,无防火保护的型钢 钢管混凝土柱可以达到3 h的一级耐火极限要求。     

一种分析型钢混凝土T形柱双向压弯受力性能数值模拟方法：试验验证与极限承载力分析

为研究型钢混凝土T形柱双向压弯受力性能,提出一种基于OpenSees零长单元并考虑加载角度影响的高效数值模拟方法,采用该数值算法对已有文献有关弯曲型破坏的型钢混凝土T形柱进行全过程受力分析,以此验证该数值模拟技术的合理性。在此基础上,深入分析轴压比、加载角度、混凝土强度、型钢配钢率与强度、肢高肢厚比等变化参数对型钢混凝土T形柱极限受弯承载力的影响,并推导型钢混凝土T形柱双向受弯承载力计算公式。结果表明：在界限轴压比范围内,提高轴压比、混凝土强度、型钢配钢率、型钢强度和肢高肢厚比均能提高型钢混凝土T形柱极限受弯承载力;但当轴压比大于界限轴压比时,提高轴压比和混凝土强度反而降低其极限受弯承载力;型钢混凝土T形柱的薄弱加载方向为90°（即沿翼缘方向）;加载角度和混凝土强度对型钢混凝土T形柱的界限轴压比影响显著,当加载角度为45°时,其界限轴压比最高;提高混凝土强度会降低其界限轴压比;轴压比在0～0.4、0.4～0.9、0.9～1.4之间,型钢混凝土T形柱双向受弯承载力关系曲线分别为矩形、椭圆形和菱形。     

拉-弯-剪组合作用下法兰连接方钢管柱受力性能研究

为研究多高层钢结构柱连接在拉-弯-剪组合作用下的受力性能,对4个不同法兰板厚度的法兰连接柱进行了足尺模型试验和有限元分析,并通过有限元模型分析了轴拉比对法兰连接柱性能的影响。结果表明：随着法兰板厚度增大,连接柱的侧向刚度和水平承载力增大,受拉区法兰接触面翘力减小;在拉-弯-剪组合作用下,法兰中性轴位置在受压侧第二排螺栓附近,且随着法兰板厚度的增大,中性轴位置由法兰受压区逐渐向其几何中心移动。轴向拉力对法兰产生的作用效应与水平荷载产生的作用同向。轴向拉力降低了法兰连接柱的水平屈服荷载,法兰转角随着轴拉比的增大而增大。     

Simulation of steel beam under ceiling jet based on a wind–fire–structure coupling model

For localized fires, it is necessary to consider the thermal and mechanical responses of building elements subject to uneven heating under the influence of wind. In this paper, the thermomechanical phenomena experienced by a ceiling jet and I-beam in a structural fire were simulated. Instead of applying the concept of adiabatic surface temperature (AST) to achieve fluid–structure coupling, this paper proposes a new computational fluid dynamics–finite element method numerical simulation that combines wind, fire, thermal, and structural analyses. First, to analyze the velocity and temperature distributions, the results of the numerical model and experiment were compared in windless conditions, showing good agreement. Vortices were found in the local area formed by the upper and lower flanges of the I-beam and the web, generating a local high-temperature zone and enhancing the heat transfer of convection. In an incoming-flow scenario, the flame was blown askew significantly; the wall temperature was bimodally distributed in the axial direction. The first temperature peak was mainly caused by radiative heat transfer, while the second resulted from convective heat transfer. In terms of mechanical response, the yield strength degradation in the highest-temperature region in windless conditions was found to be significant, thus explaining the stress distribution of steel beams in the fire field. The mechanical response of the overall elements considering the incoming flows was essentially elastic.