高性能钢结构的一些重要概念和实现方法
李国强
本文介绍了高性能钢结构的几个重要概念，指出高性能钢结构应满足承载力好、抗灾性能好和施工性能好的要求。承载力好的钢结构应在一定条件下具有良好的使用功能和较大的承载力；抗灾性能好的钢结构在罕见的大地震下不应使结构整体倒塌，在可能发生的火灾、爆炸等情况下不应使结构局部损坏而导致结构持续倒塌；施工性能好的钢结构应易于制造和安装，减少施工时间和成本。本文还提出了实现高性能钢结构相关重要概念的方法，指出高承载钢结构可以从三个方面实现：采用高强度结构钢材料、高承载结构构件和高效的结构体系。此外，将传统钢结构中在地震作用下易发生屈服的构件（部份）替换为耗能承重双功能构件是提高钢结构抗震性能的有效途径，而加强结构的整体性（包括保证楼板的完整性和刚度、保证梁柱连接的强度和转动能力、加强角柱和边柱等）可大大提高钢结构在火灾、爆炸、冲击等意外作用下抵抗连续倒塌的能力。另外，采用轧制型钢构件和现场螺栓连接可提高钢结构的可施工性，通过将抗侧结构与承重结构分离，可提高钢结构现场螺栓连接的可行性。
新型波形钢-混凝土组合梁抗弯性能
数值分析研究
钱惠超、邹云、王成全、曹兰、
谢梦洁、陈明、吴亦超
提出一种新型波形钢-混凝土组合梁。为研究该新型组合梁的弯曲性能及破坏机理，利用ABAQUS软件建立了正弯矩作用下新型波形钢-混凝土组合梁的数值分析模型，分析了新型组合梁在正弯矩作用下的破坏机理，并对新型组合梁弯曲性能进行了参数分析。研究了钢材强度、混凝土强度、预应力筋直径、波形腹板厚度、底部钢板厚度等参数对波形钢-混凝土组合梁弯曲承载力的影响。参数分析表明：钢材强度越大、预应力筋直径越大、底部钢板厚度越大，新型组合梁的极限弯矩越大。基于参数分析，提出了新型组合梁弯曲承载力计算方法。研究结果可为建立新型波形钢-混凝土组合梁的设计方法提供参考。
双相冷弯型钢高温力学性能试验研究
张家辉、盛逍遥
为了评价双相冷弯型钢高温冷却后的力学性能，将试件放入箱式炉中加热至300~1000℃，分别在规定温度下保温15和60 min，自然冷却后进行拉伸试验，得到双相冷弯型钢淬火后的应力-应变曲线、弹性模量、屈服强度、抗拉强度和断后伸长率。结果表明：保温时间对淬火后材料性能有明显的影响，保温时间越长，材料力学性能的衰减越明显；另一方面，双相冷弯型钢淬火后的力学性能随淬火温度的升高而降低，但在600~800℃温度区间有明显的恢复。因此，相关研究的预测公式不适用于双相冷弯型钢淬火后的性能。基于淬火后材料性能测试数据，给出了基于不同淬火时间的双相高强度冷弯型钢淬火后强度降低预测公式。
4
钢-混凝土暗梁力学性能试验研究
杨勇、胡曼欣、张文松、陈阳、郭雅康
为研究钢-混凝土暗梁的弯曲和剪切性能，分别进行了6个试件的弯曲试验和6个试件的剪切试验，试验重点研究了不同钢材截面尺寸、暗梁截面高度以及钢材截面类型（蜂窝钢和实心钢）对试件破坏模式、弯曲承载力和剪切承载力的影响。试验结果表明：弯曲试验中，所有试件均表现出良好的弯曲性能且具有良好的延性，蜂窝钢对试件的变形能力和弯曲承载力影响不大。剪切试验中，所有试件均具有良好的剪切延性，但蜂窝钢削弱了钢-混凝土暗梁的剪切承载力。基于试验结果给出了钢-混凝土暗梁弯曲承载力计算公式，提出了钢-混凝土暗梁剪切承载力计算公式。计算结果精度较高，可用于该形式暗装梁的弯曲、剪切承载力计算。
５
双截面耗能旋转结构体系弹性地震反应简化解析模型及参数分析
张文进、李国强、孙菲菲、王彦博
双节段耗能摆动结构体系是在单节段摆动结构体系应用于高层建筑的基础上发展起来的，由两个串联的摆动结构、主体结构、刚性连杆和位移阻尼器组成，可减小高层建筑结构在地震作用下的动力响应，将主体结构的变形控制得更加均匀，减弱结构高阶振型的影响，提高结构的抗震性能。根据双节段耗能摆动结构体系的刚度组成，建立了二自由度简化分析模型，并结合有限元分析模型进行了验证。提出了影响双节段耗能摆动结构体系弹性地震反应的无量纲控制参数，并结合参数分析结果给出了无量纲控制参数的推荐范围。研究表明:二自由度简化分析模型能够准确模拟双节段耗能摆动结构体系的弹性地震反应,更准确地反映主体结构刚度和阻尼器刚度对结构弹性动力响应的影响,降低了结构的计算成本;与单节段摆动结构相比,双节段摆动结构可以减小高层建筑下部结构的弹性地震反应,提高高层建筑的抗震性能。
六
吸能梁段布置对可更换剪切型吸能梁段高强钢框筒结构抗震性能的影响
张浩、连明、苏明洲
针对传统钢框架筒结构地震耗能性差、震后修复困难、难以实现“强柱弱梁”设计理念等问题，提出了一种新型高层钢结构体系——可更换剪切型吸能梁段——高强度钢框架筒结构（HSS-SFTS）。为研究吸能梁段布置方式对HSS-SFTS抗震性能的影响，设计了30层HSS-SFTS系列算例并建立了其有限元模型。根据本文提出的吸能梁段布置原则，给出了6种不同的吸能梁段布置方式。验证了有限元建模的合理性，并对有限元模型进行了反应谱分析、静力推覆分析和动力弹塑性时程分析。结果表明：HSS-SFTS改变了传统钢框架筒结构的地震耗能机理，主要通过吸能梁段的剪切变形而非裙梁端部的弯曲塑性铰来耗散地震能量。不同的吸能梁段布置方式对结构的基底剪力、层间位移角、承载力、吸能能力、剪力滞效应、塑性铰发展方式、震后残余层间位移角均有显著影响，对结构整体侧向刚度影响不大。当吸能梁段布置在3个间隔或5个连续跨度时，强震下HSS-SFTS层间位移角分布均匀，不存在软弱层，对震后残余层间位移角的控制效果更为显著，具有优异的吸能能力和理想的整体破坏模式。
七
考虑构件缺陷的双层焊接球面柱面网壳稳定性研究
肖遥、李慧君、韩健
双层圆柱面网壳的稳定承载力通常受控于杆件的失稳，而杆件中的缺陷对其临界荷载有显著的影响。系统研究了杆件缺陷、节点偏差及其耦合对不同跨矢比、不同网格数的双层圆柱面网壳稳定承载力的影响，提出了一种确定杆件缺陷最不利分布模式的方法。主要结论为：杆件中的缺陷（初始弯曲、残余应力）可等效为杆件的弯曲缺陷，其形状可假定为幅值为l/400（较安全）的半正弦波；杆件缺陷对网壳承载力的影响与网壳跨矢比、杆件长细比密切相关，且对跨矢比和杆件长细比较大的网壳影响更为显著。实际工程中必须考虑杆件缺陷的影响，否则会高估网壳的承载力；杆件弯曲缺陷的弯曲方向会显著影响网壳的稳定承载力。对于所研究的所有工况，最不利杆件弯曲缺陷的分布模式均为“Form4”，而由修正的一致缺陷模态法确定的“Form1”也可视为最不利杆件弯曲缺陷的分布模式。二者的极限荷载十分接近，而修正的特征缺陷模态法无法得到最不利缺陷的分布模式。对于所研究的网壳，其稳定承载力对节点偏差不敏感。
8
大跨度连续三锥体屋盖结构风压体形系数研究
胡希兵、康欣、向思雨、张明亮、袁志深
基于计算流体力学（CFD）理论，利用Fluent流体力学分析软件从3个不同风向、4个屋面坡度角度对大跨度连续三锥体屋面结构进行数值模拟分析，得到屋面局部风压系数的分布情况，并计算屋面体形系数。总结并归纳了不同风向、屋面坡度角度下局部风压系数的变化规律及该类屋面结构体形系数实用计算公式。通过与某工程风洞试验数据对比，证明体形系数实用计算公式可为实际工程抗风设计提供参考。
９
蚌埠体育中心龙鳞金属屋面板抗风压性能试验分析
王景峰、高翔、曹冬兵、金磊、
王新乐,黄宏
由于现有标准对大跨度敞开式体育场金属屋面系统设计和施工缺乏规定，近年来金属屋面被强风吹起破坏的现象屡屡发生，造成了巨大的财产损失和人员伤亡。蚌埠体育中心采用直立锁边金属屋面系统，覆以龙鳞板作为装饰层，龙鳞装饰板为空间双曲面造型，金属屋面整体造型复杂，不同区域风场不均匀现象突出。为保证蚌埠体育中心龙鳞金属屋面性能可靠、连接安全，采用气囊法对龙鳞金属屋面进行抗风、风压性能试验，研究固定支撑、锁扣类型及数量等参数对龙鳞金属屋面抗风、风压性能的影响，研究龙鳞金属屋面在风荷载作用下的破坏模式，揭示其破坏机理与规律。试验结果表明:龙鳞金属屋面抗风压性能的薄弱部位为固定支撑与屋面板锁边、锁扣与屋面板连接处,应采取适当的措施提高龙鳞金属屋面的抗风压性能。本文的研究结果可为第十四届安徽省运动会主会场蚌埠体育中心龙鳞金属屋面的设计、施工和健康运行提供科学依据。
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圆端钢管混凝土偏心拉伸构件力学性能研究
郝怀林、王志斌、吴红军
本文对圆端钢管混凝土构件偏心拉伸力学性能进行了研究，基于有限元软件ABAQUS进行数值模拟，有限元模拟结果与试验结果一致性较好。基于有限元模型进行了机理分析和参数分析。机理分析表明：在偏心拉伸作用下，圆端钢管混凝土构件表现出较高的承载力；圆弧截面钢管可以有效约束核心混凝土，由于核心混凝土的支撑作用，钢管的抗拉承载力得到明显提高。参数分析表明，钢管强度、含钢量、混凝土强度、截面长宽比等参数对圆端钢管混凝土构件拉弯相关曲线的形状无明显影响。基于参数分析，提出了圆端钢管混凝土构件偏心拉伸承载力计算公式建筑钢结构进展，简化计算值与有限元模拟值一致性较好，可为工程设计提供参考。
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钢管高强钢混凝土柱轴压承载力计算方法
涂成亮、史永久、刘东
为研究高强钢钢管混凝土轴心受压构件承载力计算方法，采用ABAQUS数值模型对182个高强钢钢管混凝土轴心受压试件逐一进行数值模拟，验证了数值模型的有效性。在补充112个构件算例的基础上，结合已有试验数据形成样本，基于GB 50936中的设计方法，提出了钢材屈服强度fy≥450 MPa的钢管混凝土轴心受压短柱承载力及长柱稳定性计算公式，并给出了计算公式适用的箍筋指标θ和径厚比D/t（B/t）限值。同时，基于参数分析，给出了钢材强度与混凝土强度等级匹配的设计建议。
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自攻螺钉搭接薄钢板高温剪切性能研究
张曼、韩振林、孙健、赵辉、王培军
采用有限元法研究高温下自钻螺钉连接的薄钢板的剪切性能，薄钢板厚度分别为0.42 mm、1.20 mm、1.90 mm，通过改变温度和自钻螺钉的布置方式，研究剪力连接件的承载力及失效模式。分析结果表明：1）自钻螺钉连接的薄钢板在剪力作用下会发生明显倾斜；2）顺力方向布置的自钻螺钉承载力略高于垂直于力方向布置的自钻螺钉，二者失效模式相似；3）高温下节点的失效模式与常温下相似。将模拟结果与冷弯型钢设计规范的预测结果进行对比，发现现行规范可以准确预测剪力连接件的失效模式，而对其承载力的预测，欧洲规范3比北美规范更为保守。
十三
高层钢结构住宅建筑用钢量敏感性研究
杜少卿、徐凤波、黄敏、王高翔
本文采用正交试验法，对不同抗震设防烈度、基本风压条件下53~110m高度的经典钢结构住宅进行用钢量计算，并对梁、柱、支撑3个主要结构构件的用钢量进行统计分析，得到抗震设防烈度、基本风压、结构高度对主体结构用钢量影响的敏感性特性，并结合处理后的数据对结论进行定量分析，最后总结出基本的变化规律。为今后钢结构住宅发展的可行性研究、成本控制、设计等提供一定的参考。
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空间管桁结构框架同步卸荷偏差分析及现场监测
张晓斌、张强、王秀丽
为提高施工精度，某体育场管桁架雨棚设置了一定的临时支撑架，在雨棚桁架之间的连接杆安装完成后，对框架进行卸载，此过程是框架逐渐退出工作、主体结构逐渐承受荷载的转换过程。在施工过程中，框架与结构共同受力，在框架拆除过程中，结构逐渐变为单独受力，此过程对于结构而言为反向加载。针对此情况，对某体育场进行了卸载偏差分析。利用有限元软件对局部模型和整体模型进行卸载非线性分析。研究发现，卸载过程中钢雨棚的位移和应力与卸载前相比发生了明显变化，同时对卸载的偏差进行了对比分析。当各级卸载量不均匀发生在不同桁架上时，结构中应力、位移的最大位置及卸载后的结构形态与设计不一致，会产生6%以内的误差；当各级卸载量不均匀发生在同一桁架的不同支点上时，将引起结构应力的变化，应力、位移与设计值会产生10%左右的误差。
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阜阳市营六路圈河大桥主桥钢箱梁安装施工分析
陈杰、陈芳瑶、张洹、蒋旭
钢结构桥梁施工设计中建筑钢结构进展，钢梁的安装受多种因素影响，为保证钢梁在桥梁施工阶段充分发挥性能，对钢梁的安装施工进行分析具有重要意义。本文以阜阳市营六路圈河大桥项目为背景，对滑道梁拖拉施工过程中钢箱梁分块方案的选择及其受力性能进行研究。采用ABAQUS壳单元模拟板、桁架单元模拟临时支撑，建立有限元模型，对钢箱梁分块吊拖施工过程的各项性能进行计算分析，以验证安装方案在实际施工过程中的安全性和可行性。
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