钢结构（中英文）
2020年第5期简介
研究
冷弯薄壁G形截面柱轴压承载力研究
向毅1,2 ZABIHULLAH 1,2 石宇1,2 冉小伟1,2 程睿1,2
1.山地城镇建设与新技术教育部重点实验室
2.重庆大学土木工程学院
摘要：冷弯薄壁钢柱可制成多种截面形式钢结构屋面采光带，其中最常用和研究的是U形截面（又称槽形截面）和C形横截面。然而，冷弯薄壁钢柱虽然具有自重轻、工期短等优点，但也容易发生屈曲破坏，不利于结构受力。前期研究表明，复杂卷边冷弯薄壁槽钢柱（又称G形截面柱）具有较高的极限承载力和临界扭曲屈曲应力。采用试验和有限元分析方法研究了两端铰接的G形截面柱的轴压性能。
为了了解不同截面尺寸和构件长度对G型钢柱破坏模式和极限承载力的影响，对18根公称厚度的冷弯薄壁G型钢柱进行了轴压试验。 2.0mm，并对元器件的损伤进行了分析。模态、载荷-位移曲线、载荷-应变曲线和极限承载力。构件有三种截面尺寸（名义腹板高度分别为150、200和300 mm），构件长细比范围为15至70。构件的实际尺寸、材料性能和初始几何缺陷为测试前测量。试验发现：腹板公称高度为150mm的构件发生扭曲屈曲破坏；对于腹板公称高度为200 mm和300 mm的构件，当构件长度小于或等于1000 mm时，发生局部屈曲破坏，其他长度的构件发生局部屈曲破坏。对于整体屈曲破坏，局部屈曲的半波长大约等于柱腹板高度。
然后在有限元分析软件ABAQUS中建立有限元模型对构件进行模拟，并根据试验结果验证模型的准确性。然后利用经过验证的有限元模型，分析了截面翼缘宽厚比、腹板高厚比和复杂卷度尺寸对冷弯薄壁G形截面柱极限承载力的影响。结果表明：G形截面柱的极限承载力随着翼缘宽厚比和复杂翼缘尺寸的增大而增大，随着腹板高厚比的增大而减小。
关键词：冷弯薄壁型钢；复杂的边缘加劲肋；轴向压缩；实验研究；有限元分析
资料来源：项毅，ZABIHULLAH，石宇，等。冷弯薄壁G型截面柱轴压承载力研究[J].钢结构（中英文），2020, 35(5): 1-9.
DOI:10.13206/j.gjgS20030902
立缝金属屋面系统风吸破坏机理研究
张世祥、赖彦德、李庆祥
广东省建筑科学研究院集团有限公司
摘要： 我国引进直立锁边金属屋面系统后，对其传力原理和受力性能的研究尚未成熟，不利于该类型屋面系统的推广和应用。立缝金属屋面系统涉及的问题全面、复杂，需要大量的科学研究来解决。基于上述问题，对立缝金属屋面卷边缝进行了相关研究。
首先介绍金属屋面的结构。通过对铝镁锰直立锁边金属屋面系统的结构进行初步分析，得到屋面板的抗风原理：顶部屋面板首先向上变形，上升力通过咬缝结构。然后轴承将载荷从自攻螺钉传递到檩条上，最后将其分配到主体结构上。传力顺序为吸风荷载→屋面板→固定支撑→自攻螺钉→檩条→主体结构。
采用非线性有限元软件MIDAS FEA模拟风荷载作用下屋面系统的整个破坏过程，对立缝金属屋面系统的抗风性能进行研究。结合国内金属屋面系统抗风害研究，对平屋面板和竖向肋分别施加2kN/m2和5kN/m2的均匀荷载，分析屋面板在不同荷载作用下的受力情况和受力情况。获得了变形条件、不同位置节点的米塞斯应力云图。分析发现，在2kN/m2均匀载荷作用下，支架与金属卷曲连接处由于相互挤压、滑移而产生局部应力较大，达到220MPa。但此时，板中位置仍处于较低的压力水平；在5kN/m2均匀荷载作用下，屋面板大部分跨度及靠近支撑区域的应力已达到屈服强度；在2kN/m2均匀荷载作用下，屋面板跨中应力处的最大竖向挠度值约为48.18mm。挠度值较大，且支架处的开口使得两侧面板的挠度值大于中间面板。需要考虑其对整体屋面系统使用状况的影响；当应用于屋面板均匀风荷载值为5.0kN/m2时，面板跨中挠度为220mm。这是因为屋顶板与支撑分离，导致挠度迅速增加。此时，过大的挠度会对屋面板的正常使用产生负面影响。不可逆转的影响。通过分析屋面板在荷载作用下的变形情况可以看出，在风的作用下，相邻屋面板的卷曲直肋向两侧移动，屋面板的直立接缝部分不断与铝材发生摩擦和挤压。合金支架。 ，随着变形的不断发展，最终脱离支撑。因此，立缝金属屋面系统在风吸力作用下，屋面板卷边与支撑之间的咬合连接是最先遭到破坏的部位。这部分要特别注意，必要时应采取相应的加强措施。
通过对结构进行模态分析，得到其前五阶振动振型和周期。对屋面板进行风压动态时程分析，得到各测点对应的锁缝相对位移响应。为了提高直立锁边金属屋面系统抗风抬升和防止局部倾覆的能力，根据不同的工程情况提出了相应的加固对策。经过强化处理后，提高了直立锁边金属屋面系统的安全性，可为工程设计提供参考。
关键词：立缝金属屋面；抗风能力；数值模拟；加强措施
资料来源：张士祥、赖彦德、李庆祥。立缝金属屋面系统风吸破坏机理研究[J].钢结构（中英文），2020, 35(5): 10-18.
DOI:10.13206/j.gjgS20022301
设计
北京新机场航站楼屋面钢结构抗震设计研究
梁晨宇、朱忠义、秦凯、张琳、王哲、周忠发
北京市建筑设计研究院有限公司
摘要： 北京新机场航站楼屋面钢结构因其体量大、形状复杂、跨度大、支撑构件少且存在异形柱，成为该工程抗震设计的重点和难点。中殿北侧屋顶面积较大，悬挑较大。整体结构的质心偏北。屋顶标高北侧较高，南侧较低。北侧支撑屋顶的幕墙柱和C形柱较高。钢结构屋面采光带，侧向刚度小，整体结构刚性中心偏南，会造成钢结构扭转。通过调整支撑结构布置，增加北侧屋面支撑结构刚度，降低南侧屋面支撑结构刚度，有效减小质心与中心的偏差。结构的刚度，提高结构的扭转刚度，减少结构的扭转效应。中央大厅屋顶的钢结构由六个主要结构单元组成，通过中央采光穹顶和六个中央辐射灯带连接起来。采光顶和采光条结构为较轻的桁架结构，结构厚度较薄。与六大主要网格结构相同。相比之下，它是整体结构中相对薄弱的部分。一旦采光顶和采光带结构失效，整体结构就变成了六个独立的结构单元。各结构单元独立承受本区域的荷载，与整体受力状态差异较大。采用结构块模型计算钢构件在非地震组合和设防-烈度地震组合下的承载力。结果表明，即使中央采光顶和6条采光带失效，主体钢结构仍具有足够的承载力，防止倒塌。
由于C型柱、钢支撑管、北幕墙支撑框架、独立钢管柱等幕墙柱等各种屋面支撑结构构件的侧向刚度差异较大，为了提高整体的安全性结构在地震作用下、地震作用下多道防线分析与研究 考虑到本工程屋面钢结构为大跨度空间结构，屋面支撑构件能够承受地震作用引起的地震作用是合理的。它们各自的负载质量。分析了各顶板支撑构件所承受的重力荷载和地震剪力的比例。对于地震剪力，对于比例小于其承受重力荷载比例的屋面支撑构件的地震剪力，将根据重力荷载比例进行调整，以提高整体多道防线的抗震能力。结构。
通过建立中心厅结构动力弹塑性时程分析模型，进行罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析，重点研究屋顶支撑钢结构和混凝土结构的塑性变形及发展程度。结果表明，虽然部分构件进入弹塑性工作状态，强度和刚度发生退化，但退化程度并不显着。整体结构具有足够的重新分配内力的能力，以保持其整体稳定性并承受地震作用和重力荷载。
关键词：扭转控制；分块计算；多重防线；动态弹塑性
资料来源：梁晨宇、朱忠义、秦凯等。北京新机场航站楼钢结构屋盖抗震设计研究[J].钢结构（中英文），2020, 35(5): 19-26.
DOI:10.13206/j.gjgS255920181109
圆形不锈钢管混凝土抗压抗弯承载力设计方法研究
Pantha Subhash 张伟杰、廖飞宇
福建农林大学交通与土木工程学院
摘要: 不锈钢管混凝土结构既具有普通钢管混凝土良好的力学性能，又具有优越的耐久性特点。不仅因为浇筑了混凝土，工程造价相对降低，而且用于海洋平台、海滨建筑、桥梁和超高层建筑时，后期的维护成本也比传统建筑显着降低。普通钢管混凝土结构。例如，不锈钢管混凝土结构已应用于香港昂船洲大桥、纽约赫斯特大厦等实际工程中。
现行钢管混凝土结构规范或规程均未考虑不锈钢显着的后期强化特性，承载力计算均偏于保守。为了准确评价不锈钢管混凝土组合结构在实际工程中使用时的良好承载能力，结合圆形不锈钢管混凝土组合结构在弯曲荷载作用下的工况，对圆形不锈钢管混凝土组合结构的受压弯曲情况进行了分析。对不锈钢管混凝土组合结构进行了探讨。承载力设计方法。采用现行中国国家标准GB 50936-2014《钢管混凝土结构技术规范》、福建省地方标准DBJ/T13-51-2010《钢管混凝土结构技术规范》、欧洲规范Eurocode 4和美国钢结构协会规范ANSI/AISC的4个360规范对采集的40个圆形不锈钢管混凝土受弯构件的承载力进行了计算，并对计算出的承载力进行了比较承载力值与实测承载力值。可以看出，GB 50936规范的计算承载力值计算承载力与实测值之比的平均值和方差分别为0.871和0.105；计算承载力与DBJ/T规范实测值之比的平均值和方差分别为0.868和0.073； EC4规范的计算承载力与实测值的比值 AISC规范的计算承载力和实测承载力值的平均值和方差分别为0.612和0.122。
针对上述现行规范或规程计算的圆形不锈钢管混凝土受弯构件承载力结果偏保守的情况，利用有限元软件建立了圆形不锈钢管混凝土受弯构件的有限元模型。在验证模型的准确性后，在此基础上，分析了不锈钢屈服强度、型钢含量、核心混凝土强度和长细比对圆形不锈钢管混凝土受弯构件轴力-弯矩相关曲线的影响。结果表明：轴力-弯矩关系曲线平衡点横坐标和纵坐标值随着不锈钢屈服强度和型钢含量的增加而减小，随着核心混凝土强度的增加而增加；长细比越大，轴力-弯矩相关曲线越接近直线。
最后根据DBJ/T规范推荐的圆形普通钢管混凝土受弯构件的相对轴力-相对弯矩强度关系方程，回归出合适的平衡点坐标值与约束系数之间的关系用于圆形不锈钢管。对于混凝土弯曲承载力的计算，提出的圆形不锈钢管混凝土弯曲承载力的简化计算公式比现行规范或规定的计算公式更加准确，计算的承载力值更接近实测值。测试中的值。可为不锈钢管混凝土工程设计提供参考，也为相关规范或规程的编制提供依据。
关键词：不锈钢混凝土；弯曲构件；有限元模型；参数分析；简化计算公式
资料来源：Pantha Subhash、张伟杰、廖飞宇。圆形不锈钢管混凝土管抗压抗弯能力设计方法研究[J].钢结构（中英文），2020, 35(5): 27-33.
DOI:10.13206/j.gjgS20021801
中美钢结构规范比较研究
中美建筑钢结构设计方法比较——焊接连接
史炯九
清华大学土木工程系
摘要：焊接连接是钢结构连接的主要形式。世界各国都制定了相应的技术标准，详细规定了焊接连接的设计和施工。通过梳理我国现行GB 50017-2017《钢结构设计标准》和美国现行AISC 360-16《钢结构建筑规范》及相关技术标准中关于钢结构焊接连接的基本规定和规定。该设计方法对GB 50017-2017和AISC360-16及其相关技术标准在焊缝形式、结构要求、质量检验、焊缝承载力计算方法等方面的规定和要求进行了分析和比较。讨论的重点是两国技术标准的异同。主要内容包括：
1）焊接连接技术标准。美国钢结构焊接连接设计的主要依据是各行业协会制定的团体标准。美国焊接学会制定了焊接材料和焊接工艺的AWS标准，美国测试与材料协会制定了结构钢和连接材料的ASTM标准，美国钢结构协会制定了焊缝的AISC标准承载力计算和施工要求，而中国钢结构焊接连接设计采用政府颁布的国家GB标准或建筑结构行业JGJ标准。
2）焊接连接形式。 GB 50017和AISC 360推荐的钢结构焊接连接形式完全相同，包括熔透对接焊缝、部分熔透对接焊缝、角焊缝、塞焊缝和坡口焊缝。这两个标准对各种焊缝有不同的要求。接缝连接形式的结构要求也基本相同。
3）焊接连接的设计原则。 GB 50017要求采用“极限状态设计法”计算各类焊接连接的设计承载能力，而AISC 360则允许设计者选择“许用强度设计法”或“载荷与阻力系数设计法”（相当于“极限状态设计”）。法”）计算焊缝的承载能力。
4) 对接焊缝的计算。 GB 50017根据全熔透对接焊缝的强度设计指标计算对接焊缝的承载能力，而AISC 360主要通过规定全熔透对接焊缝的结构、焊接工艺和质量检验来落实对焊缝和母材的要求。力量。对于部分熔透对接焊缝的承载能力，两个标准均采用与角焊缝等效的计算方法。
5）角焊缝的计算。 GB 50017和AISC 360规定的角焊缝、塞焊缝和槽焊缝的计算方法基本相同，AISC 360计算的角焊缝承载力略高。这两个标准都降低了受剪切长度影响的焊缝的承载能力。
相关内容为从事钢结构设计和施工的人员准确理解和应用GB 50017和AISC 360提供了参考，也为进一步完善GB 50017-2017提供了意见和建议。
关键词：钢结构设计；焊接连接；承载力计算；结构要求
资料来源：施建勇。中美建筑钢结构设计方法比较——焊接连接[J].钢结构（中英文），2020, 35(5): 34-49.
DOI:10.13206/j.gjgS20041301
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