钢结构（中英文）
2023年第4期《铝合金空间结构研究》特刊介绍
特刊编辑
赵彩琪
东南大学土木工程学院空间结构与形态研究所副所长、博士生导师
长期从事大跨度空间结构和异形复杂结构的分析、设计与试验研究。作为项目负责人及核心成员，主持并参与完成多项国家自然科学基金研究项目。在新型空间结构体系研究方面，开发了基于高性能蜂窝板的铝合金复合网壳和铝木复合网壳的结构体系和设计方法，多种新型铝合金网壳节点被开发出来。申请并获得国家发明专利10余项，发表学术论文50余篇，其中SCI论文26篇。
结合大型复杂工程项目开展应用研究，主持完成了中国药科大学体育馆等多个大跨度空间结构的分析、设计和试验研究。长沙千手观音（高99m）等高度超过60m的建筑10多座。大型复杂雕像结构的分析和设计工作。开展不规则异形结构风荷载模拟、混合节点优化分析、铜墙板集肤效应等关键问题的应用研究。 2012年在中国建筑工业出版社主编该领域第一本专着《大型复杂雕像结构的分析、设计与施工》。
共培养硕士、博士生38名。主编的本科规划系列教材《结构力学》、《结构力学学题详解及难点分析》荣获“第九届华东大学出版社优秀教材奖二等奖”。
特刊副主编
王刚
博士、硕士生导师
国家一级注册结构工程师
1991年2月出生，内蒙古锡林郭勒盟人，结构工程博士，国家一级注册结构工程师，兼职硕士生导师。现工作于上海宝业集团有限公司博士后工作站，主要从事钢结构、铝合金结构数字化设计技术探索及工程实践研究。在国内外核心期刊和会议上发表论文20余篇，其中SCI论文8篇，EI论文1篇，中文核心论文3篇。作为主要负责人和设计师，完成了郑成功68m石像异型钢混凝土框架剪力墙结构、常州金鹰异型空间钢桁架结构、中国海南等多项复杂工程设计项目。资源石梅湾大门异型格构壳结构、南京雨花石展厅异型空间梁结构等。
编者注
与钢结构网壳相比，铝合金网壳具有轻质、高强、耐腐蚀等独特优点。近年来，它们已广泛应用于各种大跨度空间结构。节点刚度对于单层铝合金网壳结构的稳定性分析至关重要。为此，《钢结构（中英文）》杂志和东南大学空间结构与形貌研究所团队分别组织了铝合金空间结构研究专栏。对传统板式接头和新型齿形接头进行了理论分析和实验研究，提出了接头的等效刚度模型和计算方法。同时，为了解决铝合金网壳因弹性模量低而导致整体刚度不足的缺点，还提出将高性能蜂窝板与铝合金棒材可靠连接，形成铝合金复合材料。并开展了网壳的连续倒塌性能研究。
研究
铝合金板节点等效刚度模型的实验与理论研究
王刚1 林晓琳2 陈乔生1 赵彩琪3 张昆4
1.上海宝业集团有限公司
2、广州市粤宏膜结构工程有限公司
3.东南大学土木工程学院
4.内蒙古科技大学土木工程学院
摘要: 铝合金板节点作为铝合金单层网壳最常用的节点形式，主要承受轴向力和弯矩的作用。现有的研究成果主要集中在弯矩和轴力单独作用下该节点的刚度模型。目前尚无模型能够模拟该节点在弯矩和轴力联合作用下的刚度特性。为此，通过实验探索、数值分析和理论研究解决了这一问题，提出了同时考虑弯矩和轴向力的板节点等效刚度模型。
首先进行了铝合金板接头的弯曲和压缩试验，初步探讨了弯矩和轴压单独作用下接头的变形机制。试验结果表明，板节点的轴向变形和弯曲变形分为四个阶段：螺栓固定阶段、螺栓滑移阶段、孔壁承载阶段和破坏阶段。在试验基础上，建立数值分析模型，研究弯矩与轴向力（偏心力）联合作用下板节点的变形机理。数值分析结果表明，偏心力作用下的轴向变形机理为：1）随着偏心量的增大，等效刚度逐渐减小； 2）当偏心率较小时，可能会出现两次滑移阶段。偏心力作用下弯曲变形的特点是： 1）当偏心量较小时，会发生反复滑移； 2）当偏心量较小时，轴向力可以增大弯曲刚度，但随着偏心量增大，轴向力和方向力可以减小弯曲刚度。
在铝合金单层网壳中，不同位置的板节点偏心率完全不同，无法准确计算各节点的刚度模型。为了便于计算和使用，可采用等效梁模拟方法。根据轴向变形、弯曲变形和屈服载荷相等的原理，从理论上推导了铝合金板节点的等效刚度模型，得到了节点的等效两个单元。各参数的计算公式。建立了板节点数值分析模型和验证所需的相应等效刚度模型，并对两者的轴向和弯曲载荷-位移曲线进行了比较。结果表明，等效梁单元模型的轴向变形和弯曲变形与板节点的轴向变形和弯曲变形基本一致。因此，所提出的Temcor节点等效模型是准确的，可用于单层网壳的稳定性分析。
关键词：板接头；轴向变形；弯曲变形；偏心力；刚度模型
资料来源：王刚、林晓琳、陈巧生、赵彩琪、张昆。关键词： 铝合金Temcor接头, 等效刚度模型, 实验与理论研究钢结构（中英文）, 2023, 38(4): 1 -13.
DOI: 10.13206/j.gjgSE23030402
铝合金板节点轴向刚度模型研究
王刚1 林晓琳2 赵彩琪3 蒋宗义3
1.上海宝业集团有限公司
2、广州市粤宏膜结构工程有限公司
3.东南大学土木工程学院
摘要: 近年来，单层铝合金网壳在大跨度空间结构中得到广泛应用，最常用的节点形式是板节点。单层网壳节点同时承受轴力和弯矩的作用。现有的研究成果大多集中于板节点的弯曲性能，对其轴向性能的研究工作较少。针对上述研究现状，以板节点的轴向性能为研究对象，进行了压缩试验并建立了相应的数值分析模型。试验与数值模拟对比结果表明，板节点轴向载荷-位移曲线包含弹性阶段、螺栓滑移阶段、孔壁压力阶段和破坏阶段4个阶段。试验与数值模拟的载荷-位移曲线比较一致，破坏模式为沿梁端螺栓孔破坏。显然，数值模型非常准确，可以用于后续的参数分析。
为此，建立了不同螺栓间隙、螺栓预紧力和螺栓数量的数值分析模型，对板节点的轴向性能进行参数化分析。分析结果表明：1）随着螺栓间隙的增大，螺栓预埋阶段的荷载-位移曲线基本重合，螺栓滑移距离逐渐增大，孔壁承压阶段的轴向刚度和极限载荷为基本一致； 2）随着螺栓预紧力的增大，螺栓滑移阶段的初始载荷逐渐增大，滑移距离基本保持不变，失效阶段孔壁承压与载荷-位移曲线完全重合； 3）随着螺栓数量的减少，板节点的轴向承载力下降最明显，其次是剪切承载力，弯曲承载力下降最小。设计等强度接头时，应按轴向承载能力相等的原则确定螺栓数量。
在试验研究和数值分析的基础上，对板节点的轴向刚度模型进行了研究。根据实验和数值模拟得到的载荷-位移曲线可以看出，采用简化的多线模型来描述板节点在轴向力作用下的变形机制是可行的。然后根据板节点在轴向力作用下的变形及传力机理，推导了简化多线模型的计算公式。将简化模型与试验和数值模拟结果进行对比发现：在弹性阶段、滑移阶段和孔壁压力阶段，简化模型与试验和数值模拟结果非常吻合；在破坏阶段，简化模型的极限弯矩略小于试验和数值模拟结果。数值模拟结果。显然，推导的多线轴向刚度模型满足精度要求，并具有足够的安全裕度。
关键词：铝合金板接头；轴向刚度模型；实验研究；数值分析
资料来源：王刚、林小林、赵彩琪、蒋宗义。铝合金板节点轴向刚度模型研究[J].钢结构（中英文），2023, 38(4): 14-19.
DOI：10.13206/j.gjgS22030101
铝合金蜂窝板三种结构的压缩性能研究
何若欢1王刚1赵彩琪2杨硕2张志杰2
1.上海宝业集团有限公司
2.东南大学土木工程学院
摘要: 受犀牛前翼小柱和气囊壁结构的启发，对传统铝合金蜂窝板进行了改进。在铝合金蜂窝板芯板蜂窝壁的末端设置一个小柱结构，即墙体。结束后甲虫板。由于犀牛甲虫前翅中的小柱约有10%分布在蜂窝壁中部，因此增加了小柱布置在蜂窝壁中部的中柱鞘甲虫板。以三种类型的板材为研究对象，进行实验和有限元分析。为了充分模拟一体式蜂窝板的性能，考虑到3D打印技术无法打印铝合金材料，采用树脂作为测试材料，利用3D打印技术制作一体式蜂窝板试件进行测试，验证其性能。计算机模拟的准确性。性别。
测试首先采用树脂材料通过3D打印技术制作出三种不同构型的蜂窝板，即传统蜂窝板、墙体中心柱甲虫板和墙端柱甲虫板，并对其进行侧压测试。从试验数据可以看出，墙端柱甲虫板的侧压极限承载力较传统蜂窝板由27.9 kN提高到34.7 kN；墙体中心柱甲虫板的侧压极限承载力较传统蜂窝板由27.9 kN提高到31.9 kN。 。可见，墙端柱甲虫板的侧压性能优于蜂窝板和墙体中心柱甲虫板。其次，建立有限元模型对试验数据进行比较和验证。由于3D打印过程留下的小孔的影响，试件的破坏形状与有限元模型的应力分布略有不同。但板件上下边缘中心的低应力区域与有限元模型不同。测试是一样的。从有限元仿真值与试验值的对比可以看出，仿真结果与试验结果的平均误差仅为3.366%，验证了有限元模型的有效性。基于铝合金的材料特性，再次建立了三种类型蜂窝板的有限元模型，并进行侧压有限元分析。结果表明，与传统蜂窝板相比，墙端柱甲虫板的屈服承载力和极限承载力分别提高了2.6%。 %和4.7%。最后，计算六角形蜂窝芯的柱半径r与边长L的比值α、甲虫板芯层的厚度h1、上下面板的厚度h2、蜂窝壁的厚度。分别对影响甲虫板侧压性能的甲虫板芯层进行了评价。 d.针对这四个因素建立模型进行比较分析。
分析结果表明，当径长比从0.3125增大到0.5时，屈服承载力和极限承载力分别提高5.3%和6%；当甲虫板芯壁厚度由1毫米增加到1.4毫米时，屈服承载力和极限承载力分别提高3.3%和6.5%；当甲虫板芯材厚度从6 mm增加到12 mm时，屈服承载力和极限承载力分别提高了2.2%。 5.1%；当甲虫板表面厚度从1毫米增加到2.5毫米时，屈服承载力和极限承载力分别增加244%和236%。可见，甲虫板面板的厚度对侧压性能有显着影响。
关键词：铝合金蜂窝板；墙体中心柱甲壳板；墙端柱甲虫板；侧压性能
资料来源：何若欢、王刚、赵彩琪、杨硕、张志杰。三种构型铝合金蜂窝板压缩性能研究[J].钢结构（中英文）, 2023, 38(4): 20-28 .
DOI：10.13206/j.gjgS22082601
新型铝合金花环齿槽接头抗剪性能试验研究
何江辉1 赵彩琪1 王刚2 郑腾腾1
1.东南大学土木工程学院
2、上海宝业集团有限公司
摘要: 单层铝合金网壳具有重量轻、耐腐蚀、外形美观等优点。近年来在大跨度空间结构中得到广泛应用。板式节点由于其结构简单、安装方便，成为单层铝合金网壳最常用的节点形式之一。但由于该节点仅通过盖板与铝合金梁翼缘连接，不与腹板连接，其受剪承载能力和面内轴向刚度严重不足，容易发生失稳失效，不能满足大跨度的需要。铝合金格壳对节点性能的需求。为此，在现有节点的基础上提出了一种新型的玫瑰花形肺泡组合节点。为了探究新型铝合金花形齿槽接头的剪切性能和失效模式，对新型接头和传统板式接头进行了剪切试验，得到了两种接头在非正常状态下的失效模式和载荷-位移曲线。获得平面载荷。分析了新型花形牙槽关节的抗剪力。利用ABAQUS软件对新节点的整个加载过程进行数值模拟分析，验证了有限元模型的可靠性。结果表明：板节点的破坏模式主要表现为盖板的拉伸破坏和剪切破坏，铝合金梁未出现明显的弯曲破坏；新型节点的失效模式主要表现为铝合金梁弯曲失效、盖板翘曲、花状齿槽体撕裂等，这主要是由于新型节点中的花状齿槽体有效共享和传递所致。剪切力的很大一部分。玫瑰花形齿槽体改变了传统板接头的力传递方式和失效形式。它将铝合金梁腹板连接成一体，更有效地分担和传递剪力钢结构英文书籍，减轻盖板的剪力负担，提高接头的耐久性。抗剪，从而改变板节点脆性破坏的缺点，使其具有良好的延性和耗能能力。由于新型节点中心区域设有莲座形齿槽体，与传统板节点相比，新型节点的抗剪承载力提高了47.4%，抗剪刚度提高了103.9%，良好的工程应用前景。新型节点的有限元分析结果表明，有限元分析得到的荷载-位移曲线的线性段与实测位移吻合较好，误差在5%以内，且抗剪承载力误差仅为0.14%，验证了该新型节点的设计合理性。有限元模拟结果的可靠性。新接头承受极限载荷时，上下盖板与拉杆连接处应力较大。上盖板大部分区域进入塑性，而下盖板只有小部分区域进入塑性。螺栓孔和应力集中发生在莲座齿与槽体的连接处。
关键词：莲座牙槽关节；抗剪力；实验研究；有限元分析
资料来源：何江辉、赵彩琪、王刚、郑腾腾。新型铝合金花环齿槽接头剪切性能试验研究[J].钢结构（中英文），2023, 38(4): 29-34.
DOI:10.13206/j.gjgS22063003
铝合金板接头等效计算方法研究与应用
刘普云1 王刚2 赵彩琪3 蒋宗义3
1.江苏建科评估咨询有限公司
2、上海宝业集团有限公司
3.东南大学土木工程学院
摘要： 基于板节点的单层铝合金网壳在大跨度空间结构中得到广泛应用。目前，在分析计算板式节点的单层铝合金网壳时，多采用弹簧单元法来模拟节点的力学性能。弹簧单元法虽然准确，但建模方法相对复杂，不方便工程师使用。为此，以板节点等效方法为研究对象，采用等效梁单元模拟板节点的力学性能。给出了等效法的计算公式，并通过数值模拟和准静态试验对该方法进行了验证。该方法的有效性。然后利用该方法分析节点域长度和拱度高度对板节点的影响。
通过初步的压缩和弯曲试验发现，板节点在轴力和弯矩作用下的荷载-位移曲线包含四个阶段：弹性阶段、螺栓滑移阶段、孔壁压力阶段和破坏阶段。因此，在弯矩或轴力作用下，板节点的荷载-位移曲线近似为四线模型。如果采用弹簧单元法，可以实现四折线模型，但也存在计算繁琐、建模困难的问题。为了简化计算，采用等效梁单元模拟板节点，并根据等效屈服载荷和等效屈服位移原理将四折线模型转换为两倍线模型。基于板节点的变形机理，推导了轴力和弯矩单独作用下的变形机理，并基于等效原理提出了等效梁单元的计算方法。
在单层铝合金网壳中，节点往往同时承受轴向力和弯矩（偏心力）的作用。为了验证偏心力条件下等效方法的有效性，建立了板节点和相应的等效梁单元模型，然后施加相同的偏心力。分别提取板节点模型及相应等效模型的轴向力-轴变形曲线和弯矩-旋转曲线。通过对比两种模型的曲线发现，不同偏心力作用下的等效梁轴向变形和弯曲变形与板节点非常一致。同时，为了验证该等效方法在准静态载荷条件下的准确性，引用了一组准静态试验的结果，并建立了相应的等效分析模型。通过比较两者得到的载荷-位移滞回曲线，发现这种等效方法可以用来模拟板节点在往复载荷作用下的力学性能。即该方法可用于模拟不同工况下的板节点。
采用该等效方法建立数值分析模型，分析节点域长度和拱度高度对板缝的影响。结果表明：1）节点域长度的增加对结构整体刚度有一定的弱化作用，且弱化作用逐渐减弱，但对承载力影响不大； 2）随着拱高的增加，节点的受力状态发生变化，承载力和刚度显着提高。板节点单层铝合金网壳结构设计时，应合理选择节点域长度和拱高。
关键词：铝合金板接头；等效方法；模拟与实验验证；方法应用
资料来源：刘普云、王刚、赵彩琪、姜宗义。铝合金板接头等效计算方法研究与应用[J].钢结构（中英文），2023, 38(4): 35-40.
DOI:10.13206/j.gjgS22052301
强震作用下铝合金蜂窝板复合网壳连续倒塌性能研究
袁良健1,2,4 赵彩琪2 郑腾腾2 王哲文2 赵蔚然3 朱庆4
1.东南大学溧阳基础设施安全与智能技术创新中心
2.东南大学土木工程学院
3、连云港供电公司
4、江苏东富智能科技有限公司
摘要：为了提高铝合金蜂窝板复合格壳的计算效率，采用耦合法（简称接触模型）和完全协调法建立有限元分析模型，并进行有限元分析。将结果与铝合金蜂窝板复合材料网壳承载力试验结果进行对比分析，基于两种有限元分析方法建立了大跨度铝合金蜂窝板复合网壳模型，并进行了计算分析。完全协调的方法引入了提出了折减系数作为铝合金蜂窝板复合材料网壳的简化计算方法。基于上述简化计算方法，利用ANSUYS软件建立有限元分析模型，探讨铝合金蜂窝板复合网壳在不同矢跨比（1/4、1/5、1/ 6）和不同的跨度（40、50、60 m）和不同的板厚度（5、10、15 mm）。结构自振频率的变化规律。对铝合金蜂窝板复合网壳进行时程分析，综合研究结构的动态位移响应和杆件进入塑性的比例。得到了网壳损伤时的加速度幅值，并讨论了不同的向量。跨度比、不同跨度和不同板厚对铝合金蜂窝板复合网壳强震抗连续倒塌性能的影响结果表明，当板厚减少20%时，完全协调法有限元分析结果与试验结果误差为5.87%，处于合理范围内。因此，提出折减系数为0.8的完全协调法作为铝合金蜂窝板复合格壳的简化计算方法，并应用于复合格壳的自振频率分析及倒塌性能研究。复合网格壳在强震作用下的变形。 。
通过对组合格壳的模态分析发现，随着模态阶数的增加，组合格壳的固有频率略有增加。跨度比的减小会导致组合格壳的固有频率减小；跨度的减小和板厚的增加会导致组合格壳的固有频率增大。通过对组合格壳的时程分析发现，随着加速度幅值继续增大，不同矢跨比、不同跨度、不同板厚的铝合金蜂窝板组合格壳和杆件的最大节点位移进入塑性零件的比例逐渐增大；当加速度幅值为325,375,400 m/s2时，垂跨比为1/4、1/5、1/6的组合格构壳在El Centro波的作用下，发生连续倒塌破坏按顺序；当加速度幅值为300,350 m/s2时，跨度为40 m和50 m的组合网壳在El Centro波的作用下相继倒塌破坏；当加速度振幅为S2时的加速度振幅为225,575 m/s2时，在El Centro波的作用下，板厚度为5 mm和15 mm的板厚度为5 mm和15 mm。跨度比的降低，跨度的增加和板厚度的增加将导致复合晶格壳的加速度振幅在El Centro波的作用下损坏时会增加，从而证实了连续的塌陷阻力铝合金蜂窝板复合晶格壳。绩效改进。
关键词：铝合金蜂窝面板；晶格壳混合；连续崩溃的性能；强烈的地震动作
资料来源：Yuan Liangjian，Zhao Caiqi，Zheng Tengteng，Wang Zhewen，Zhao Weiran，Zhu Qing。关于铝合金蜂窝板综合面板的连续塌陷性能在强烈地震下进行的壳[J]。钢结构（中文和英语），2023，38（4）：41-48。
doi：10.13206/j.gjgs23021002
设计讨论
C形purins或Z形purin？
Tong Genshu
高级高性能结构研究所
摘要：薄壁的成分理论用于从理论上得出和有限的元素来验证在风吸管作用下C形横截面和Z形横截面purlins的平衡微分方程。结果表明：在求解Z形purlins扭转变形的平衡差分方程中，扭矩项非常小，这会渗透到风力吸力下Z形purins的扭转变形非常小；薄壁成分的理论结果与有限元分析的结果一致； Z形purlins的轴承能力高于相同规范的C形purins的轴承能力钢结构英文书籍，因此应优选Z形横截面。
关键字：purlins;风吸；墙pur
资料来源：Tong Genshu。 C形purins或Z形purin？ [J].钢结构（中文和英语），2023，38（4）：49-51。
对钢结构热点的分析
在这个问题中的问题：焊接法兰和I束焊缝的要求是什么？
问题的简介：由于钢截面的规格不足，因此实际项目中的大多数钢梁都是焊接梁。目前，法兰和网之间的焊缝要求通常非常广泛，要么需要完全渗透焊接，并将质量水平设置为2级，这大大增加了生产成本；或将其留给制造商，这实际上是Laissez-Faire的情况。状态。焊接I梁的法兰和网络焊缝有什么要求？
全文访问链接
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该杂志在2023年的第四期现在可以在Weidian上找到。欢迎预订！
