适用于多次预应力钢结构的新型锚具和可滑移支座

针对多次预应力钢结构施工特点,发明一种可滑移弹性隔震支座,并在支座张拉端设计了具有十字交错开槽环状夹片的多次张拉锚具,可方便地应用于预应力网壳、预应力桁架、预应力网架、索拱等形式的建筑结构。     

单向滑移支座节点受力性能研究

针对某索膜整体张拉结构环桁架支座,比较了采用固定支座与采用铰支座的两种计算模型的受力性能,分析表明采用铰支座的模型受力性能较好。确定支座形式后,提出了一种径向可滑、环向限位铰支座,对该支座节点的受力性能进行了考虑摩擦接触的有限元计算分析。计算表明:节点在设计荷载下整体处于弹性工作阶段,满足强度要求且具有一定的强度储备;2.2倍设计荷载下节点开始进入屈服阶段,在2.84倍设计荷载下由于塑性过大而发生破坏。关于摩擦系数对支座节点受力性能影响的研究表明:摩擦系数的增大显著降低了节点的受力性能。构件加工过程中应采取打磨、加聚四氟乙烯板等措施保证球面板与下盖板接触面的光滑,保证支座的转动性能,以充分发挥其承载能力。     

54m立体桁架荷载试验

某体育馆,建筑面积12250m～2,5000观众席位,属较大型公共建筑。其屋面是由10榀支座间距为54m的单体桁架构成的空间结构。单榀桁架截面为倒三角形。上、下弦杆采用φ133mm、φ168mm16Mn低合金无缝钢管,球形节点及加劲板均为16Mn,球体直径为400mm。桁架一侧为单面弧形压力支座,弧形板为ZG35号碳素钢,另一侧采用滚动铰支座,滚轴材质为45号钢,单榀桁架制作按1/500起拱,桁架总体长度允许偏差要求不大于万分之二,屋面设计荷重∑P+∑q=2500Pa。单榀上弦轴间尺寸3000mm,下弦球节间距为6000mm,焊接采用低氢碱性T507焊条,依照当时适用的《钢结构设计规范》(TJ17-74)进行设计,施工及验收依照     

基于滑移连接的防屈曲支撑钢框架节点抗震性能研究

防屈曲支撑（BRB）是一种拉压均可全截面屈服耗能而不屈曲的金属阻尼器,在建筑结构的抗震减震设计中得到广泛应用。然而,由于大变形下支撑框架节点存在显著开合效应,在罕遇地震作用下易出现节点板和相邻梁柱构件的提早断裂现象,限制了BRB抗震性能的充分发挥。为此,在总结BRB钢框架节点的现行设计方法及节点失效模式基础上,提出了可释放节点开合效应的滑移连接节点板,采用低摩擦材料减小接触面摩擦力。建立有限元模型,通过与传统焊接节点板对比,分析两种不同连接对节点板、梁柱和BRB受力性能的影响。以此为基础,设计该类节点足尺试验模型,对其进行拟静力试验,分析其在往复荷载下的抗震性能。研究结果表明：所提出的滑移连接可有效释放节点板与梁柱之间的切向约束和开合效应,显著降低了节点板的塑性损伤,实现了罕遇地震作用下节点板弹性的性能目标;梁塑性铰由节点板端部移至梁柱交界面处,降低了梁柱构件的剪力水平和塑性损伤;在层间位移角4%下各关键构件仍具有饱满稳定的滞回性能,显著提高了BRB钢框架的抗震性能。     

压剪组合作用下摩擦型高强螺栓连接斜撑节点力学性能

为明确摩擦型高强螺栓连接接头的受力性能,建立了不同角度、不同摩擦系数、不同连接板厚度及不同螺栓杆直径的连接件的数值模型,并研究了压剪组合作用下不同参数连接件的破坏模式、初始滑移荷载及极限荷载。研究结果表明：连接件的破坏模式主要分为螺栓剪断、连接板螺栓孔挤压破坏及连接板屈曲3种;摩擦系数越大,连接件的初始滑移荷载和极限荷载越大,摩擦系数对角度较小的连接件的初始滑移荷载和极限荷载影响更为明显;角度越大,连接件的初始滑移荷载和极限荷载越小,角度对摩擦系数较大的连接件的初始滑移荷载和极限荷载影响较为显著;板厚对连接件的初始滑移荷载影响不大,但对极限荷载影响较大,连接板越厚,极限荷载越大;连接接头的初始滑移荷载和极限荷载与螺栓杆直径成线性关系,螺栓直径越大,连接接头的初始滑移荷载与极限荷载越大。研究结果可为钢结构梁柱斜撑设计及节点加固改造提供参考。     

康巴演艺中心屋盖结构设计

康巴演艺中心屋盖造型为4列连续伞,下部支撑为分体式多层钢框架结构,结构形式采用空间三角桁架,屋面造型伞为预应力膜结构。利用3D3S对屋盖结构进行膜预应力、动力特性及承载力分析,对不同约束条件的模型进行横向对比,并对关键节点进行有限元分析。分析表明,通过设置固定铰支座和单向滑动铰支座释放内力,调节钢结构屋盖对下部结构的不利影响,使屋盖同时满足结构设计和建筑外观的要求。     

新型钢结构梁柱节点受力研究

本文提出了一种嵌入式钢结构梁柱节点,其由带拼接板的H型钢柱和普通梁段组成。改变柱上拼接板的厚度,可以控制拼接板处连接刚度的变化,从而利用柱上连接盖的变形进行能量消耗,确保钢结构梁和柱等主要构件不会发生损坏。通过Workbench软件,对模型进行仿真研究,获得了节点处的破坏模式、承载能力和部件应力的变化等,分析了钢柱上翼缘拼接板厚度、腹板拼接板厚度等参数对节点力学性能的影响规律。分析表明:通过合理设计柱上连接板的厚度可以保证节点的承载能力,保证钢结构梁柱等主要部件不受损坏,延长节点的使用寿命,提高节点的延性。     

高烈度区框架结构柔性连接楼梯间减震分析

现行结构设计中楼梯间通常不参与结构整体计算,大震作用下不仅影响结构刚度,楼梯间构件也会受到不同程度的破坏。柔性连接楼梯间释放了梯段的斜撑作用,可使梯板免于破坏。本文楼梯间采用减震支座连接,支座采用非线性连接单元模拟,滞回模型采用Bouc-Wen模型,对比分析了罕遇地震激励下刚性连接、滑移和减震连接楼梯间的地震响应及薄弱部位,并通过改变拉梁与梯柱的截面,分析了楼梯间的破坏模式。基于刚度比的计算结果表明:大震作用下柔性连接楼梯间不易破坏,减震连接楼梯间的破坏模式和梯柱与拉梁的刚度比相关。     

钢-预应力混凝土混合梁节点的试验研究(第1部分:建议采用开孔板连接件的节点形式)

旨在为跨中采用钢梁、两端采用预应力混凝土梁的Ⅰ型混合桥梁选用一种适当的节点形式。分别对采用3种类型的节点的钢-预应力混凝土混合梁进行缩尺模型试验,以分析哪种节点形式的结构性能最好且便于施工。目前,研究中首先采用的一种节点形式,是位于钢梁和混凝土梁之间的顶底板上的多个开孔板连接组成。另2种节点形式结合了广泛应用于钢结构和混凝土结构之间的螺栓连接,而区别在于加强措施的数量。试验结果显示:从预应力混凝土构件的破坏模式看,采用开孔板连接件和采用有足够加强措施的螺栓连接有近似的梁的强度和破坏模式。显而易见,采用被建议的开孔连接板与采用螺栓连接相比,在达到梁极限承载力之前有更高的刚度、强度及更小的应变。可以肯定的是采用开孔板连接件,更便于施工且结构性能好。因此,可以得出文中建议的节点形式更适合于钢-预应力混凝土混合梁桥梁的结论。     

钢结构设计的连接系数建议

1对连接设计的要求钢结构的连接主要有:梁柱连接,支撑与框架的连接,柱脚与基础的连接以及构件的拼接。现行国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011)第8·2·8条规定:“钢结构构件连接应按地震组合进行弹性设计,并应进行极限承载力验算”。弹性设计的目的,是防止高强度螺栓连接滑移,因为产生滑移就不符合弹性设计要求。2现行设计规定中的问题梁的γRE=0·75;梁翼缘焊缝γRE=0·9。它使梁的弯矩效应提高了1/0·75,使梁翼缘焊缝的承载效应提高了1/0·9,梁翼缘焊缝设计时要乘增大系数0·9÷0·75=1·2。而梁连接的极限受弯承载力计算时,Mp还要…     

防屈曲支撑角部节点板与钢框架的相互作用效应

防屈曲支撑是一种高效稳定的耗能减震装置,其与框架结构一般通过焊接节点板形式连接。目前节点板连接设计方法仅考虑支撑轴力的影响,并没有直接考虑框架开合效应(梁柱在水平地震力下产生的张开/闭合变形)的不利作用,导致焊接节点板在连接处提前发生开裂。通过有限元模拟的方法,同时考虑开合效应和支撑轴力的共同影响,对防屈曲支撑钢框架与角部节点板连接的相互作用进行研究。有限元模型共5组,主要参数包括节点板尺寸、节点板与框架的连接形式以及节点板是否设置自由边加劲肋。在连接形式方面,提出了一种可减小开合效应不利影响的新型可滑移螺栓连接节点板,并与传统焊接节点板的受力性能进行比较。分析结果表明,平面尺寸较小的焊接节点板对结构的抗侧刚度影响最小,可减小设置防屈曲支撑的子框架所分担的地震剪力,相应的节点板受力性能也优于平面尺寸较大的焊接节点板|在焊接节点板上设置自由边加劲肋并不能明显改善其受力性能|所提出的新型可滑移螺栓连接节点板可有效减小节点板对结构刚度的影响,以及框架开合效应对节点板的不利影响,是一种在消能钢框架支撑体系中具有应用前景的新型节点板连接。     

模块化钢结构建筑结构体系研究进展

模块化钢结构建筑符合绿色建筑和建筑工业发展的需求,尤其适用于应急救灾建筑。系统地阐述分析了模块化建筑结构的国内外进展,包括结构体系、模块单元类型、模块单元间连接等方面,为其应用提供设计参考。对国内外研究的模块单元间连接的节点形式进行了分析汇总,包括焊接、连接板或连接件螺栓连接、外套筒螺栓连接、十字板螺栓连接、自锁式连接、预应力连接及其他形式连接节点,可根据建筑设计、生产、安装等阶段的不同需求选择节点形式。     

某三心圆柱面大跨度网壳结构设计与优化

结合某煤场封闭工程,采用MST软件,按照规范要求建立大跨度三心圆柱面网壳结构模型,并对其进行设计与优化。研究结果表明:大震作用下,大跨度网壳结构局部腹杆产生塑性铰,未产生较大变形,满足"大震不倒"要求;撤除支座处水平系杆释放杆件应力,可大幅度减小支座反力;通过优化支座可简化施工工艺,缩短施工周期;伸缩缝增设弦杆,优化檩条连接节点,可减少网壳钢结构用钢量。     

预应力装配式梁-梁拼接节点受力性能研究

装配式钢结构的核心在于合理的连接构造及节点,提出一种新型预应力装配式梁-梁拼接节点,通过在腹板及下翼缘处设置法兰板及加劲板,实现节点快速拼接。为考察该节点的受力性能,对节点进行非线性有限元分析,模型充分考虑螺栓接触性能,深入研究梁-梁拼接区的应力分布规律和刚度特性,并与试验结果对比。初始刚度的数值计算结果为5 537.5 k N·m/rad,与试验相差11.6%,极限弯矩误差为8.8%,与试验结果吻合较好;往复荷载作用下,连接法兰板的螺栓由摩擦型转为承压型连接。该类型节点整体受力合理、传力明确,符合工业化装配式钢结构体系的设计要求。     

新型模块化钢框架板式内套筒连接节点力学性能研究

采用ABAQUS有限元分析软件建立7个新型模块化钢框架板式内套筒连接节点有限元计算模型,通过改变连接板和内套筒厚度,对节点试件关键位置应力路径进行分析。研究结果表明:模块化钢框架板式内套筒连接节点在静力荷载作用下钢梁与方钢管柱连接区域形成塑性铰,连接板孔洞边缘区域有应力集中现象,建议在孔洞四周做圆弧处理;改变连接板厚度和内套筒厚度对节点承载力影响不大;增加内套筒厚度可以改善内套筒局部应力状态,减小内套筒区域的应力集中现象。     

成都市武侯区棕北中学音乐厅结构设计

成都市武侯区棕北中学西区实验学校扩建工程通过防震缝分为主楼与副楼两个子项,其中主楼为平面不规则的音乐厅。音乐厅结构具有下述典型特点:1)上部结构多处楼板开洞面积大于50%;2)大范围悬挑9m的看台大跨度封口梁采用了有粘接预应力技术;3)挡土墙受力复杂,设计时采取了等间距增设挡土墙翼墙的技术措施;4)舞台区屋面吊挂重载,钢结构屋面采用了抗震球铰支座点支承的平行弧形网格结构屋盖。本文从音乐厅的基础设计、钢屋盖设计、观众席预应力梁设计、挡土墙分析、结构整体计算等方面总结了该工程的结构设计要点。     

北京奥运会老山自行车馆屋盖节点数值分析

北京奥运会老山自行车馆的屋顶采用了双层球面网壳结构,柱脚及柱顶分别采用了铸钢球铰支座和圆钢管相贯节点。本文介绍了铸钢球铰支座的构造形式,采用四面体单元、接触单元对及子模型分别模拟了铸钢球铰支座的实体模型、接触模型及螺纹连接问题,分析了不同荷载工况下的应力分布特点;介绍了圆钢管相贯节点的构造,分别采用四边形板壳元及四面体单元模拟了圆钢管相贯节点的实体模型,比较了节点有无加劲肋及垫板时节点刚度的变化情况。通过分析可以看出,铸钢球铰支座构造简单,具有一定的转动能力,能够传递拉力和压力,适用于铰接柱脚节点;垫板和加劲肋的存在提高了圆钢管相贯节点的承载力,改变了节点的破坏形式,增大了节点刚度。     

不同刚度比下防屈曲支撑钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

为研究不同刚度比防屈曲支撑(buckling-restrained brace,BRB)钢筋混凝土框架的抗震性能,设计并制作了3榀BRB水平刚度与主体框架抗侧刚度比值分别为3、5、7的减震框架,通过低周往复荷载试验,对比研究其耗能减震能力、破坏形态、BRB连接节点及节点板性能、BRB转动变形性能、BRB端部附加弯矩产生机制等,探讨与BRB连接的梁、柱构件设计方法。研究结果表明：3榀框架滞回曲线饱满,耗能能力稳定,随着刚度比的增加,屈服荷载及极限荷载提高,BRB连接节点破坏越严重;BRB连接节点板的存在使框架柱塑性铰位置由柱端移至节点板趾部附近区域;水平荷载作用下,各框架中BRB端部由于转动变形产生附加弯矩,转动变形与层间位移角近似呈线性变化关系;加强消能子结构的延性构造措施是实现大变形下BRB充分耗能的有效途径。     

深圳会议展览中心钢结构工程施工测量技术

深圳会议展览中心钢结构工程长540m,宽282m,总用钢量达3郾3万t(其中第Ⅰ标段为2万t),为目前国内最大的民用单体钢结构工程。该工程展厅标高1郾600m的可转动支座和会议中心标高45郾855m的固定铰支座设计分别有10°和20°的倾斜角,其定位和水平度的要求之高,在国内尚无先例。其余不同标高处的支座为水平安装,所有支座均外露,且同一标高面上的支座也较多,在28m高处还有滑动支座,钢箱梁上各横向檩条在行线上全部设计为直线安装,长度达540m;钢箱梁和檩条上还设计有竖向倒挂支座,用铰连接钢柱、幕墙柱和抗风柱,每榀钢箱梁还分多段吊装,部分钢箱梁…     

钢结构高效装配减震体系拟动力和静力试验研究

针对装配式钢结构中广泛应用的钢框架箱型柱全熔透焊接的传统连接技术存在热影响区力学性能差、施工效率低、人工成本高、污染环境等关键问题,课题组提出芯筒式全螺栓连接节点,结合中间柱摩擦阻尼器减震技术,构建一种高效装配式减震钢结构体系。以工程实例为原型结构,对其中一榀进行0.7倍缩尺,对钢结构高效装配减震体系试验框架进行拟动力和拟静力试验研究。研究表明在El-Centro波8度(0.2g)多遇、设防、罕遇和8度(0.3g)罕遇地震作用下,试验框架表现出良好的刚接性能,拟动力试验结束后基本无塑性损伤。拟静力试验大变形情况下,试验框架滞回曲线呈双线性,结构主要通过阻尼器进行耗能,试验结束时,除柱脚应变较大外,节点域以及梁和中间柱位置几乎保持弹性状态。结果表明钢结构高效装配减震体系节点有良好的受力性能,中间柱型阻尼器发挥了耗能作用。