钢结构（中英文）
2024年第3期简介
研究
铆接圆柱面复合材料网壳承载力试验研究
袁良健1,2 郑腾腾2 赵彩琪2 尚立杰2 顾野2
1.江苏省铁路集团有限公司
2.东南大学土木工程学院
摘要：铝合金具有密度小、耐腐蚀性好、易加工、比强度高、成型方便等优点，铝合金的密度约为普通钢材的1/3，而强度却与常规钢材相当，合金结构可以实现较大的跨度，越来越受到建筑师和结构工程师的关注和青睐。为了充分发挥铝合金蜂窝板重量轻、强度高的优点，克服铝合金网壳弹性模量较低的缺点，提出一种新型铝合金蜂窝板圆柱面复合网壳结构。该结构由铝合金蜂窝板和铝合金网壳通过铆钉连接而成，实现铝合金蜂窝板和铝合金网壳的协调工作。 为此，设计制备了尺寸为4400 mm×1530 mm×1100 mm的圆柱面网壳结构，并对其进行了承载力试验，探究圆柱面复合材料网壳的受力特征及破坏机理。在考虑双重非线性和失稳效应的基础上，对圆柱面复合材料网壳进行了非线性有限元分析，将分析结果与承载力试验结果进行了对比，验证了有限元分析方法的可靠性。结果表明：复合材料网壳板-杆件损伤时，连接形式主要为中跨短跨度处抽芯铆钉剪断、边跨度处抽芯铆钉因铝合金翘曲而断裂、锁铆连接周围板件断裂，铝合金杆件有移动趋势，但并未发生损伤。 铝合金杆的最终破坏形式为跨中最大应力点处铝合金杆沿开孔薄弱点断裂、边跨受压屈曲、铝合金蜂窝板在杆件上断裂，变形较大处还发生了脱粘；加载点位移30 mm前试件处于弹性阶段，随后进入弹塑性阶段。圆柱面网壳的非线性行为主要由铝合金杆与蜂窝板之间的相互作用引起，圆柱面复合材料网壳试件承载力为6951 N，随着位移的增加，载荷不断减小。考虑双重非线性的有限元分析模型可以有效模拟复合材料网壳的弹塑性行为，考虑复合材料圆柱面网壳失稳后的应力性能可以更好地模拟复合材料圆柱面网壳失稳后的应力性能。
所提出的有限元分析方法能较为精确地模拟柱面网壳荷载-位移曲线，计算效率高、收敛性好，极限承载力误差在2%左右；铆钉连接工装定位后即可铆接成型，加工效率最高，成型质量有保证，稳定性优于传统机械连接，未来可形成“流水线”生产，提高建筑工业化程度。
关键词：蜂窝板；铆接连接；承载力；圆柱面复合材料网壳
来源：袁良建,郑腾腾,赵彩琪,尚利杰,顾晔.铆接圆柱面复合材料网壳承载力试验研究[J].钢结构(中英文),2024,39(3):1-6。
DOI: 10.13206/j.gjgS22102202
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钢结构焊接连接的延性断裂分析
蔡亮亮、王曦、方哲丽、吴川、李来伟
中国人民解放军63926部队
摘要：焊接连接是钢结构最重要的连接方式之一，焊接过程中焊缝附近热影响区的钢材可能因金相组织变化而产生硬化，热影响区还可能存在裂纹等焊接缺陷，热影响区是焊接连接拉伸断裂的薄弱环节。为研究梁柱节点、钢梁拼接节点处钢梁受拉翼缘焊接连接热影响区的延性断裂，制作了Q355D钢的十字焊连接和对接焊连接钢结构焊接规范 2024 下载，建立了焊接接头试件理想有限元模型和在应力集中位置引入钝化缺口的缺陷有限元模型并进行了非线性有限元分析，利用孔扩张模型预测焊接接头试件的延性断裂，编制了VUMAT子程序。 有限元分析时按照孔扩展模型的断裂准则不断删除断裂失效单元，分析焊接接头试件断裂扩展过程。进行数值模拟，建立不同网格尺寸的焊接连接试件有限元模型，进行焊接连接试件延性断裂网格敏感性分析。试验结果表明：试件达到极限承载能力后，焊接热影响区发生延性断裂失效，并伴有明显的塑性变形，十字焊连接试件和对接焊连接试件的断裂位移分别为15.9和18.3 mm，两种焊接连接均具有良好的塑性变形能力； 采用理想有限元模型预测的焊接连接试件断裂位置与试验观察结果一致，但两个焊接连接试件预测的断裂位移分别为30.5和29.1 mm，明显晚于试验结果，说明缺陷对两个焊接连接试件的延性断裂产生明显的不利影响。基于缺陷有限元模型预测的两个焊接连接试件的断裂位移分别为14.9和17.2 mm，与试验结果一致，这表明引入钝化缺口是考虑焊接缺陷不利影响的可行方法；利用VUMAT子程序数值模拟得到的焊接连接试件断裂扩展路径与试验结果基本一致，验证了孔扩展模型对于钢结构焊接连接延性断裂扩展分析的适用性； 网格敏感性分析结果表明:两种焊接连接试件断裂处的应力、应变梯度较小,采用较大网格尺寸的有限元模型对其延性断裂进行数值分析,仍能得到相对准确的结果,且大大提高计算效率。
关键词：焊接连接；延性断裂；孔洞扩展模型；缺陷；裂纹扩展
来源：蔡亮亮,王曦,方哲理,吴川,李来伟.钢结构焊接连接延性断裂分析[J].钢结构(中英文),2024,39(3):7-14。
DOI: 10.13206/j.gjgS22101702
南京美术馆新馆同步闭馆控制研究
隋秉强罗兴隆杨松杰宋忠强
中冶（上海）钢结构技术有限公司
摘要：南京美术馆新馆共四层，为圆柱-斜柱与钢桁架组合的混合结构，钢结构总重约15000吨。上部结构为复杂的多层空间不规则U型钢桁架结构，跨度桁架、悬臂桁架及圆内外两根圆形桁架分上下两层，局部为三层。桁架高度14.2 m，顶端标高33.7 m；外轮廓尺寸147.5 m×103.3 m，内开口尺寸102.8 m×38.0 m。钢桁架由4根圆柱和10根圆形钢管混凝土斜柱支撑，采用“地面现场拼装、整体吊装”的施工理念，以核心筒加临时支撑塔作为吊装支撑，吊装钢桁架。 为解决吊点选取问题，确定了吊点布置原则，应尽可能与设计状态一致，力传递路径短、结构受力均匀、变形小，通过对施工全过程的动态仿真分析，优选确定了29个混合吊点；为解决提升支撑体系设置困难的问题，在南、北区域研制了大型复杂异形桁架提升的多点混合支撑体系，包括核心柱顶部提升反力架及预装桁架，在8个斜柱支撑位置布置的塔架支撑，以及提升牛腿加固和提升塔架加固支撑体系，满足安全性和安装精度的要求；针对大型复杂空间结构刚度不均匀、液压提升同步困难的问题，提出了一种新方法。 提出了3种顶升同步控制方法：所有吊点位移偏差平方和最小、吊点坐标最小值与最大值之差最小、最大偏差绝对值最小。该公式在南京美术馆新馆项目中成功应用，实现了复杂条件下的精准同步顶升；同步控制方面，采用同步控制数据自动测量系统，通过智能测量机器人采集数据，可以直观地反映顶升过程中顶升的精度和同步控制效果。为解决吊点间不同步问题，采用静态水准测量与人工测量相互验证。针对结构面与高程不规则、对接点数量多、点位分布不规则、对接点空间角度定位不同等问题，采用以3个坐标系旋转参数和3个平移参数为独立参数的Bursa模型。研究以一般旋转平移对接模型为基础，给出了常规三维旋转平移对接模型的求解方法及解析解。 将上述方法与对接安装控制措施相结合，调整后的对接点分布得到明显改善，实现了精准匹配。
关键词：整体提升；同步；紧密匹配
来源：隋炳强, 罗兴龙, 杨松杰, 宋忠强. 南京美术馆新馆同步封顶控制研究[J]. 钢结构(中英文), 2024, 39(3): 15-27。
DOI:10.13206/j.gjgS23090103
设计
深圳新文化中心结构设计探讨
李少峰1 刘维亚1 张家琳2 张伟2 李明1 陈振宇1
1.深圳市前电建筑结构设计事务所有限公司
2.中国建筑科技集团有限公司
摘要：深圳新文化中心建筑形体复杂，内部空间变化多，悬挑空间超过21米，为保证整个结构具有合理的抗侧刚度和扭转刚度，采用8个悬挑...钢筋混凝土筒体，与周边框架柱组成框架剪力墙结构。但由于建筑内外空间变化及特殊的功能要求，结构不规则项目多，子结构复杂，典型楼层开口率超过32%，馆内各区域功能差异较大，各区域仅以室内连廊相联系，实际楼层情况并不符合刚性楼层假设，如何判断结构的变形指标和楼层协调变形的能力成为设计的重点和难点；文化中心分为三个区域，分别为左右两侧的核心筒组区和东侧大跨度钢结构区，在三个区域选取典型观测点。 检查地震作用下观测点的变形情况，进一步判断楼面是否具备协调三个区域变形差异的能力。进行大悬挑区域的方案比选及描述，对悬挑桁架上弦杆连接的楼面构件进行受力分析，探讨结构在遭受罕遇地震作用时，楼面刚度恶化，甚至在薄弱连接位置发生楼板破坏。在全面停工的情况下，能否保证桁架与核心筒之间的力传递？东区建筑功能要求柱跨度大、楼层通高，典型柱距为8.4m×16.8m，在L4～L8层只能布置钢柱。B1与L4之间需设置Y型斜柱支撑上部钢柱。分析Y型斜柱在传递重力时独立承受倾覆荷载的能力。 跨越柱能否满足稳定承载力及抗连续倒塌的要求是讨论的重点和难点。
在考核结构刚度指标（如层间位移角）时，可根据结构受力情况采用分区统计法，捕捉重点监测点的变形值，综合评价楼面协调变形的能力。通过建立分体模型进行围护结构设计，加强楼板配筋。在支撑大悬臂桁架的剪力墙内设置钢梁及斜拉杆形成三维筒体，充分考虑楼板刚度。分析大悬臂桁架与筒体之间构件退化对应力变形的影响。分析结果表明，大悬臂整体结构能够满足各项验证。Y型斜柱独立承受倾覆荷载能力较弱，需要加强设计。斜柱与核心筒组之间的楼面连接严格控制斜柱与核心筒之间拉梁的应力比。 Y型斜柱设计时应考虑构件的初始缺陷进行非线性稳定承载力分析，明确斜柱稳定承载力储备，采用线性静力构件拆除法判断斜柱结构是否满足抗连续倒塌要求。选取典型的大悬臂桁架与剪力墙连接节点、钢-混桁架转换节点为研究对象，提出相应的节点加固构造，通过节点有限元分析确保节点的安全可靠性。
关键词：文化中心；不规则平面；楼板弱连接；大悬挑桁架；斜柱；节点结构
来源：李少锋,刘伟亚,张嘉林,张炜,李明,陈振宇.深圳新文化中心结构设计探讨[J].钢结构(中英文),2024,39(3):28-37。
DOI: 10.13206/j.gjgS23050801
施工技术
珠海机场2号航站楼主楼屋面钢结构施工仿真分析
龙秀海1欧童1林松伟1,2张乐乐3石旭阳1戴俊男4
1.广东省建筑设计研究院有限公司
2.广州大学土木工程学院
3.中建二局有限公司
4.浙江东南电网有限公司
摘要：网架结构是一种形式多样的空间网格结构，广泛应用于航站楼、机场……珠海机场2号航站楼主楼屋面采用大跨度连续超长变曲率双曲面局部抽空钢网架结构，阐述其造型特征及结构体系，鉴于其复杂性采用分段累计吊装工艺进行施工，提出施工顺序及吊装方案。阐述主楼屋面钢结构施工步骤，对每一步施工步骤进行说明。进行仿真分析，在支撑架卸载后对网架结构施加设计荷载，得到整个施工过程中主楼钢结构屋面的位移及应力指标，并基于施工仿真对设计荷载下主楼钢结构性能进行评估。将网架全过程监控与施工仿真相结合。 通过实际监测数据与仿真中的应力应变值的对比分析，实时调整格栅的提升姿态、分块尺寸，实现格栅提升过程中应力状态的精准控制。
结果表明：主楼钢结构屋面施工方案可行，吊装过程中结构变形及内力满足要求；考虑施工过程的影响后，跨中处钢网架竖向挠度有所增大钢结构焊接规范 2024 下载，应采取可靠措施减小挠度增大对大跨度造成的不利影响；钢网架从施工开始到最终成型过程中，局部杆件受力方式由长细比控制转变为受力控制，必须增大截面；大跨度网架必须经过施工模拟卸载轮胎架后，通过将设计荷载输入施工模拟分析模型，对位移和应力比进行验证；网架实测应力、位移与施工模拟基本一致，表明施工模拟分析的准确性。
关键词：大跨度变曲率双曲网格；施工模拟；分段累计提升；全过程监控
来源：龙秀海,欧彤,林松伟,张乐乐,石旭阳,戴俊南.珠海机场2号航站楼主楼屋面钢结构施工仿真分析[J].钢结构(中英文),2024,39(3):38-46。
DOI: 10.3724/j.gjgS22112501
设计讨论
中小跨度钢屋盖结构的稳健设计
同根树
浙江大学高性能结构研究所
摘要：为防止因不明原因造成的严重建筑物倒塌，欧洲建筑法规给出了一些最低设计要求。首先介绍欧洲标准EN 1991-1-7的规定，该标准根据破坏后果对建筑物进行分类，并针对每类建筑提出了要求。结合欧洲标准及T/CECS 392-2021《建筑结构抗倒塌设计标准》，为保证中小跨度钢结构屋盖的稳固性，对支撑设计提出了承载力要求，并对屋盖本身的承载力提出了建议和构造建议。
关键词：钢屋盖；支撑；坚固性；连接
来源：童根树. 中小跨度钢结构屋盖的稳健设计[J]. 钢结构(中英文), 2024, 39(3): 47-50。
DOI: 10.13206/j.gjgS24032020
钢结构热点分析
本期的问题：屋面钢梁是屋面的承重构件吗？
问题介绍：在钢结构防火设计中，屋面构件与楼面构件的耐火要求不同，关于屋面钢梁是梁还是屋面承重构件存在争议，其原因在于GB 50016-2014《建筑设计防火规范》第5.1.2条规定构件耐火极限时，有“梁”与“屋面承重构件”两种构件，如图1所示，但并未具体说明屋面梁是属于“屋面承重构件”还是“梁”。
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