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发布时间:2022-09-23
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  现代规模化畜禽养殖舍、屠宰场、农产品加工车间等建筑常采用门式刚架轻型钢结构体系,钢柱脚往往采用简易外露式柱脚。这类建筑室内湿度较大,有时还有一定的腐蚀性,出于对钢柱脚的保护和提高结构耐久性的目的,常采用二次包浇混凝土的做法。因包浇混凝土通常为素混凝土,因此结构受力分析与设计中,忽略了二次包浇混凝土对节点抗弯承载力、转动刚度以及延性的影响,使分析结果与实际工况有一定差异,可能带来设计上的浪费或安全隐患。同时,门式刚架设计时按铰接柱脚设计往往与包浇混凝土柱脚的受力不一致而导致不安全。因此,以此类建筑的轻型钢结构为工程背景,针对门式刚架二次包浇混凝土钢柱脚节点,在轴压和弯矩共同作用下,考虑100,150,200 mm三种包浇混凝土厚度进行分析,发现包浇混凝土能明显提升柱脚的抗弯承载力和延性,且厚度越大,提升幅度越大,同时对转动刚度也有一定提高的规律。进一步,在包浇混凝土厚度150 mm时,考虑在包浇混凝土内不加钢筋网、加一层钢筋网和加两层钢筋网三种情况,以及在包浇混凝土段加4 mm和6 mm外包钢的两种情况,采用通用商业有限元软件模拟分析,共对比了8种情况对钢柱脚受力性能的影响,重点关注抗弯承载力、转动刚度与延性。

  结果表明:包浇混凝土受拉侧与受压侧均存在塑性应力集中,受压侧下部较上部更为集中,受拉侧上部较下部更集中;随着包浇混凝土厚度的增加,对柱脚的抗弯承载力和延性系数的提升越来越大;两种钢筋网的加入对转动刚度均有一定的提升,其中铺设两层钢筋网的提升效果更为明显,上部附加一层钢筋网使得包浇混凝土的上部KOK体育综合 KOK平台官网塑性应变区域变小;上、下部各附加一层钢筋网使得混凝土上、下部的塑性应变区域均变小,说明钢筋网对混凝土提供了有效约束,可延缓包浇混凝土的裂缝开展;上、下两层钢筋网均承担一定的拉应力,尤其上部钢筋网承担更大的拉应力;包浇混凝土段外加一层外包钢,对于柱脚的抗弯承载力提升效果不显著,但对柱脚的转动约束刚度有一定提升。

  因此,建议门式刚架结构受力分析时计入二次包浇混凝土对柱脚抗弯承载力、转动刚度和延性的贡献,可使设计更为精准。若包浇混凝土厚度较厚、附加钢筋网或外包钢时,则应考虑柱脚的转动约束,不宜再用铰接分析,可使门式刚架结构分析更为合理。

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  为研究材料劣化对钢-混凝土组合梁桥焊缝疲劳性能的影响,根据钢筋锈蚀规律、混凝土强度时变规律和钢材腐蚀规律,计算钢筋和钢板失重率、混凝土时变强度,利用ANSYS软件建立劣化梁桥有限元模型,以主梁跨中腹板与下翼缘交接处的焊缝节点为研究对象,首先在AASHTO标准疲劳车作用下,提取不同劣化工况下主梁焊缝节点的应力时程,探讨材料劣化对节点应力的影响;然后基于Miner线性累计损伤理论计算不同劣化年限下的疲劳损伤发展曲线,分析材料劣化对疲劳损伤曲线的影响,探讨车辆通行时桥梁最大应力幅与等效应力循环次数的变化规律;最后定义疲劳损伤比,研究材料劣化对组合梁桥焊接细节疲劳损伤的影响。

  结果表明:焊缝节点区域的应力易受到材料劣化的影响,焊缝节点的应力值随劣化年限的增加而增大,且越接近加载位置应力值越大;桥梁焊接细节的疲劳损伤发展曲线呈现线性增长趋势,材料劣化会导致疲劳细节的疲劳损伤累积加速,在达到设计基准期时,疲劳损伤值的最大增幅达到7.5倍;最大应力幅对材料劣化更加敏感,疲劳细节产生的最大应力幅增长率呈递增趋势,在100 a劣化工况时,4个节点的应力幅增长率与未劣化时相比分别达到了10.4%,13.6%,8.5%及14.7%,但等效应力循环次数的增长率未呈现明显规律;疲劳损伤比随劣化时长非线个节点的疲劳损伤比较未劣化时分别为7.0,7.4,6.4以及7.52,且结构劣化程度越大,疲劳损伤比的非线性程度越高。

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  钢构件的疲劳监测是钢结构健康监测系统的重要组成部分,而在近年图像采集和数据远程传输技术迅速发展的大环境下,将非接触式数字图像测量和识别技术应用于疲劳监测的研究和进展,受到各方专业人士的关注。为实现通过对数字图像中某种参数变化的识别,在出现可辨识的裂纹之前监测到疲劳异常的目标,设计并加工了Q345qD试件进行疲劳试验。试验过程中采用ARAMIS非接触式三维光学测量系统对观测区域进行动态连续拍照,获得疲劳全过程图像,并将图像在测量系统内部转换为数字作为检测量。对比分析疲劳全过程图像所能够获取的力学指标和获取方法,研究数字图像应变及位移参数的形态和应用可行性;对比静载试验中电测应变片与图像应变测量结果,确定非接触式数字图像测量是否满足应用精度要求;研究试件疲劳过程的应变和位移变化规律,对图像的各种数据进行疲劳过程敏感性分析,研究最优参数指标,确定特征点数据提取方案;验证数字图像技术应用于疲劳监测的可行性和实施方案,兼顾客观性和自动化。

  研究表明:通过ARAMIS三维数字图像测量系统能够非接触动态采集测量表面的图像数据,所获取其中任意点的三维应变值和位移值满足精度要求;采用提取截面线均值方法能够有效获取钢构件截面名义应变;通过ARAMIS三维数字图像测量系统能够动态采集测量表面的应变图像数据,获取其中任意点的三维应变值和位移值,由位移指标得到的疲劳异常信息相对较晚,不适合作为疲劳监测的测量参数;确定采用数字图像的应变参数进行疲劳监测具有可行性,提出可在应变等值云图上截取最大应变特征值作为疲劳监测数值系列。所得到的测量数据客观有效、实施性强,是数字图像应用于疲劳监测的最优测量参数。

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  集装箱式钢结构建筑以集装箱为单体进行组装,具有装配式和模块化建筑的优点,发展前景较好。但目前国内外学者对集装箱式钢结构建筑的研究大多数是基于建筑学角度或单箱体的结构力学性能角度,关于波纹板墙体的简化模拟及集装箱式钢结构房屋结构设计方法的研究有所欠缺。通过对波纹板的结构分析简化模拟方法进行归纳和总结,提出了竖向承重与水平抗侧相结合的波纹板墙体简化模拟方法。首先利用有限元软件建立波纹板墙体模型,在墙体模型顶部端点加载,通过有限元分析得到波纹板墙体顶点荷载-位移关系,由此计算墙体的初始水平抗侧刚度;然后在设计软件中建立上下横梁和角柱的结构模型,并将波纹板等效为交叉支撑,由刚度等效原则计算交叉支撑的截面面积,从而在设计软件中实现波纹板墙体水平抗侧刚度的模拟。同时,根据面积等效的原理将每个波纹简化成一个两端铰接的立柱,并与集装箱式钢结构房屋本身的上下横梁连接,从而实现波纹板墙体竖向承载力的模拟。

  对于多层集装箱式钢结构建筑,建议采用GB 50017-2017《钢结构设计标准》中高承载力-低延性的抗震设计思路,按多遇地震和设防烈度地震的地震作用进行杆件设计,同时放宽构件的宽厚比限值。

  采用上述方法对某双层双车位集装箱消防站进行分析,采用ANSYS软件分析波纹板墙体的抗侧刚度,考虑波纹板开洞对刚度的折减作用;然后用等效交叉支撑及两端铰接的小立柱模拟波纹板墙体,并在PKPM中建立结构分析模型。结合结构高度及设防烈度,将在PKPM中将塑性耗能区承载性能等级设置为性能3,延性等级设置为V级,截面板件宽厚比最低等级设置为S5。按照GB 50017-2017要求进行梁、柱及支撑构件的多遇地震和设防烈度地震下承载力验算,结果表明:各构件均满足地震下承载力要求;同时结构的最大层间位移角为1/527,集装箱上横梁与角柱的最大应力比分别为0.92和0.35,均满足性能化设计要求。

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  为重塑西安成为一带一路文化核心区,扩大文化交流在西安市内的开展面和贯入度,西安市政府建立三中心重点配套公共服务类建设项目——一带一路文化交流中心系列公建项目。一带一路文化交流中心系列公建项目北地块为400 m超长非对称双塔连体结构,其中150 m空中连桥是国内最大跨度的钢连桥单体。钢连桥重约42 000 kN,与两端塔楼焊接连接,桥身主体由片式桁架、弧形三角桁架及其KOK体育综合 KOK平台官网之间的水平梁撑组成。在连桥一端下部加设有36 m长、4 500 kN重的下加腋结构。连桥投影下方为单、双层地下室的多标高顶板,施工条件复杂。现阶段提升施工的研究,多停留在跨度小、重量轻的连体结构整体提升的理论及实践分析上,而对于包含有上述非常规自身结构特点及各类外部复杂环境的超长超重连桥施工,未有成套的关键技术研究和应用成果。经过对钢连桥施工重、难点的全面分析,结合行业内提升施工的现有案例,项目团队创新研发了一套超大跨度异型钢连桥动态成型施工关键技术,包含超大跨度异型钢连桥动态成型线形控制技术、超大跨度异型钢连桥结构内力控制与应力监测技术、复杂工况下大体量钢连桥拼装施工危险源管控技术。

  异型钢连桥在动态成型过程中,加腋结构分步安装使得结构重心持续变动,对于结构成型线形控制提出了更大挑战。150 m大跨度连桥由多节段厚板钢材构件拼装成整体,经分阶段提升动态成型。成型过程中,内力不断重分布,因此施工过程的内力控制与实时监测至关重要。此外,连桥体量大,多数构件单重达300 kN,其拼装施工对于大型起重设备的需求与其投影下方地下室顶板相对较弱的承载能力之间的矛盾,对施工安全危险源管控技术提出了更高要求。超大跨度异型钢连桥动态成型施工关键技术全面解决了以上困扰此类复杂项目施工的关键问题,此项技术的研究与应用,确保了该项目钢连桥高品质、高效率、安全完工,突破了传统提升研究分析的局限性,为后续类似结构、类似施工方法提供了重要的参考。该技术提出了非对称预拱技术、优化了焊接顺序优化、应用循环预拼装及虚拟预拼装,解决了非对称超长连桥线形控制控制难题;应用全周期仿真模拟,研发了多吊点分布、主被动力结合的提升体系,开发了差值法应力判别标准,解决了施工过程中结构内力与应力监测难题;提出了钢支撑+后浇承台楼板加固,研发了多标高拼装平台体系,确保施工安全性。

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  GB 55001-2021《工程结构通用规范》(简称《通用规范》)第4.6.5条规定,当采用风荷载放大系数的方法考虑风荷载脉动的增大效应时,风荷载应乘以放大系数,而GB 51022-2015《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》(简称《门刚规范》)第4.2.1条也规定了放大系数

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  结构工程专家,重庆大学教授,国家钢结构工程技术研究中心主任,英国皇家结构工程师学会Fellow,英国皇家特许结构工程师。兼任中国钢结构协会荣誉会长,国家钢结构工程技术研究中心技术委员会主任等学术职务。长期从事钢结构、钢-混凝土组合结构等方向的教学与科研工作。

  结构工程专家,清华大学教授,清华大学未来城镇与基础设施研院院长,清华大学术委员会主任,清华大学科学技术协会副主席。兼任中国土木工程学会副理事长,住建部超限高层建筑工程技术专业委KOK体育综合 KOK平台官网员会主任委员等学术职务。长期从事钢-混凝土组合结构、结构新体系和新技术等方向的教学与科研工作。

  结构工程专家。兼任中国钢结构协会会长,国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心主任等学术职务。长期从事工程结构诊治的理论研究、技术开发、标准编制、工程应用和产业化工作,在工业建构筑物结构可靠性检测评价、建筑加固改造修复、纤维复材等高性能结构材料的应用等方面取得了系列创新成果。