钢结 构（中 英 文）
2022年第2期导读
科 研
正六边形孔蜂窝组合梁腹板纯弯屈曲研究
贾连光1 杜嘉慧1 毕 然1 姬文婷2 陈 辰3
1. 沈阳建筑大学土木工程学院
2. 辽宁省建筑设计研究院
3. 中海地产呼市公司
摘要：蜂窝构件具备承载力高的优点，也具备抗弯刚度大的优点，还具备方便穿越管线等优点。近年来，它在各类高层建筑和大跨度结构中得到了广泛应用。对于蜂窝构件而言，腹板的局部屈曲是其主要的破坏模式之一。腹板发生屈曲后，会使腹板局部变形急速增加，直到退出工作。这种情况可能会导致构件整体失稳，并且可能引发结构上的连锁反应。传统钢结构设计中会通过限制腹板高厚比，以避免腹板局部屈曲的出现。蜂窝构件与实腹构件相比，其受力更为复杂，孔间墩板以及桥板都存在发生局部屈曲的可能。当下对于蜂窝构件局部稳定问题的研究，大多是以纯钢蜂窝梁为核心展开的，而针对蜂窝组合梁的研究相对较少。所以，有开展蜂窝组合梁纯弯屈曲研究的必要。
已有 2 个纯钢蜂窝梁，在此基础上设计并制作了两个简支蜂窝组合梁。对这两根蜂窝组合梁在四分点处施加集中力，进行静力加载试验研究。通过观察钢梁上屈曲发生的位置，以及混凝土裂缝开展的位置和形态，对腹板屈曲性能、承载力和蜂窝孔应变等进行分析。将其与纯钢蜂窝梁进行对比，研究混凝土板和腹板间加劲肋的设置对蜂窝钢梁试件破坏形态、应力分布及承载力的影响。利用有限元软件 ABAQUS 来建立模型并进行数值模拟。把试验结果和有限元模拟结果进行对比后，能够发现模型结果与试验结果较为吻合。以试验模型作为基础，在纯弯作用的情况下，分析高厚比和开孔率的改变对蜂窝组合梁的纯弯屈曲以及极限承载力所产生的影响规律，进而得到蜂窝组合梁发生强度破坏和屈曲破坏的临界值。
研究表明：纯钢蜂窝梁的上翼缘以及相应的桥板会发生屈曲；组合梁试件的桥板和墩板会发生屈曲；混凝土板能够有效地提高组合梁的屈服荷载和极限荷载，还能提高试件的延性，并且可以有效避免局部屈曲的发生；在组合梁的腹板间设置加劲肋，能够提高对腹板的约束作用，减弱孔角处的应力集中，避免孔间墩板屈曲失稳；组合梁总共出现了两种屈曲模式，这两种屈曲模式都是孔间墩板发生半波形的平面外失稳，它们的区别在于平面外位移的分布方式；第一种屈曲模式的位移相对跨中呈对称轴分布，第二种屈曲模式的位移相对跨中呈中心对称分布。高厚比对组合梁的破坏模式和纯弯屈曲有决定性影响。当高厚比小于 80 时，会发生强度破坏；当高厚比大于 80 时，会发生屈曲破坏。减小腹板的高厚比，能够有效提高组合梁的屈曲荷载钢结构设计规范英文版，提升试件的抗屈曲能力。开孔率是影响组合梁破坏模式和纯弯屈曲的重要因素，在一定范围内增大开孔率可以提高试件的屈曲荷载。
蜂窝组合梁进行了试验和有限元分析。在这些研究中，关注了腹板的纯弯屈曲情况。同时，还研究了高厚比以及开孔率对腹板纯弯屈曲的影响。
来源为贾连光、杜嘉慧、毕然、姬文婷、陈辰。他们对正六边形孔蜂窝组合梁腹板的纯弯屈曲进行了研究。该研究成果发表在《钢结构（中英文）》2022 年第 37 卷第 2 期，页码为 1 至 12 页。
DOI 为 10.13206/j.gjgS21061602 。
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基于板-梁理论的双轴对称哑铃形钢管混凝土拱弯扭屈曲理论研究
张文福1,2 马 峰1 朱凯杰1 黄 斌2
1. 苏州科技大学土木工程学院
2. 南京工程学院建筑工程学院
摘要：现有的理论公式仅适用于单一材料构件。现有的稳定理论无法解决由不同材料组成的构件。为此，张文福教授在 2014 年独立提出了一种新的工程理论，该理论可解决薄壁构件的组合扭转和弯扭屈曲。此理论主要采用三种基本假设，分别是刚周边假设、板变形假设、梁变形假设。传统的 Vlasov 理论与之不同，在板 - 梁理论中，纵向位移、线性和非线性应变以及应变能都能够依据成熟的 Kirchhoff 薄板理论和 Euler 梁理论推导而出。这样一来，不但能够解决翘曲无法顾及钢和混凝土不同材料影响的问题，而且还能够避免因假设翘曲函数的随意性而引发的争议。
为描述方便，板梁理论引入了两套坐标系。一套是整体坐标系 xyz，另一套是局部坐标系 nsz。这两套坐标系与 Vlasov 的坐标类似，都满足右手螺旋法则。整体坐标系的原点与截面形心重合，其 x 轴、y 轴分别为截面的主轴。与 Vlasov 的曲线坐标系不一样，局部坐标系 nsz 是直角坐标系。原点与每个板件自身的形心是重合的。s 轴与板件的中面重合。n 轴与板件中面的法线重合。从 n 轴转向 s 轴符合右手螺旋法则，并且拇指应该与 z 轴正方向保持一致。
基于板 - 梁理论来推导双轴对称哑铃形钢管混凝土的截面特性。依据相关假设钢结构设计规范英文版，构建起发生弯扭屈曲时的位移场和应变场。将总应变能和总初应力势能推导出来。接着得出双轴对称哑铃形钢管混凝土截面的抗弯刚度、翘曲刚度和自由扭转刚度。最后通过算例以及有限元分析来验证理论公式的正确性。
关键词：哑铃形；钢管混凝土；拱；弯扭屈曲
张文福、马峰、朱凯杰、黄斌提供了相关内容。该内容是基于板 - 梁理论对双轴对称哑铃形钢管混凝土拱弯扭屈曲进行的理论研究。此研究成果发表在《钢结构(中英文)》2022 年第 37 卷第 2 期，页码为 13 - 21 。
DOI 为 10.13206/j.gjgS21090401 。
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屋盖结构分区-多目标等效静风荷载方法研究
李 云1 张先龙1 刘 洋1 张佳武2 冯若强2
1. 中建七局(上海)有限公司
2. 东南大学土木工程学院
摘要：屋盖结构的造型各不相同且独具特色，其具备重量轻、跨度大以及刚度低等特性，这种结构对风荷载较为敏感。在对这类结构进行设计时，风荷载常常起着主要的控制作用。并且，结构的节点处杆件数量众多，所关注的目标响应也较为繁杂，传统的仅针对单一目标的等效方法无法实现对多个响应的等效。
针对屋盖结构存在控制点不明确以及等效静风荷载具有不确定性等特点，提出了一种分区 - 多目标方法。这种方法是以屋盖结构的形态以及测点的平均风压系数结果为依据来进行分区的，并且是以少量的分区脉动风压作为荷载分布的基本向量。采用多目标等效理论来计算等效静风荷载时，能够保证目标响应的等效。然而，等效静风荷载的分布可能并不合理，在局部区域会存在远超实际情况的静风压。所以，为了确保分区等效静风压分布的合理性，引入了权重因子，通过求解约束方程的最小值来确定等效静风荷载的分布。为验证等效静风荷载的计算精度，我们进行如下操作：先假设时程分析法计算出的风振响应是精确值，接着把分区多目标法计算风振响应的结果与时程分析法的结果进行比较，以此来进行误差分析。最后，以屋盖结构的实际工程作为例子，对所提出的分区 - 多目标方法的等效响应精度以及适用性进行了分析。
2. 不过，这种方法往往会有不合理的极值风压，风压的变化较为剧烈且集中，不太适用于实际工程应用，所以需要对多目标等效方程构造约束条件。对多目标等效方程设置约束条件后，整体等效响应精度相较于未约束的多目标方法有轻微下降，但仍在可接受范围内。同时，等效风压极值得到了有效的约束，使得风压变化较为平缓。在设置关键等效目标的加权约束多目标方法中，关键目标的等效响应与风振响应契合得很好，并且还能够进一步优化等效风压的分布形式。实际应用时能够用分布系数来对分区脉动风压进行约束。通常把峰值因子当作分布系数的约束范围，也可以适当将约束范围放宽，以此来确保等效响应的精度。结果显示，该方法的基本向量能够很好地对屋盖风场特性进行描述。采用该方法所得到的等效静风荷载分布是合理的，分区风压的变化均匀且连续，等效响应的精度较高，并且便于在工程中应用。
屋盖结构有等效静风荷载，采用分区 - 多目标等效以及加权约束方程的方法。
李云、张先龙、刘洋、张佳武、冯若强指出：来源为屋盖结构分区 - 多目标等效静风荷载方法研究，该研究成果发表于《钢结构(中英文)》2022 年第 37 卷第 2 期，页码为 22 - 29 。
DOI 为 10.13206/j.gjgS21022803
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设 计
钢-混凝土组合梁负弯矩区整体稳定性设计方法研究
王 姗 张 翼 郝 龙
中交第一公路勘察设计研究院有限公司
摘要：钢-混凝土组合梁具有受力合理的特点，其吊重较轻，施工也较为方便，在中小跨径桥梁中有着广泛的应用。然而，这种组合梁在负弯矩区会出现侧向失稳的问题。对于负弯矩区的整体稳定性设计，各标准依据弹性地基梁理论或者倒 U 型框架理论给出了相应的计算方法。然而，不同标准的计算结果存在差异。当下急需解决的问题是，如何选取一种既能满足一定精度，又相对计算较为简单的方法来辅助设计。
采用 MATLAB 数值计算方法，将欧洲规范 Eurocode 4、GB 50917—2013《钢 - 混凝土组合桥梁设计规范》、GB50017—2017《钢结构设计标准》的组合梁整体稳定计算方法进行对比，分析跨度的变化对组合梁稳定折减系数的影响，分析腹板高厚比的变化对组合梁稳定折减系数的影响，分析混凝土板配筋率的变化对组合梁稳定折减系数的影响。采用 ABAQUS 非线性有限元分析方法，对组合梁的整体稳定问题运用弧长法开展了非线性有限元模拟。分别比较了三种标准的设计方法，在跨度发生变化以及腹板高厚比变化的情况下，弹塑性临界失稳弯矩的计算结果与有限元分析计算结果之间的差异。
大量数据分析表明：提高混凝土板配筋率会使稳定折减系数有略微的降低。原因在于，纵向钢筋配筋率提高后，一方面会提升组合梁截面的刚度；另一方面会致使中性轴向上移动，进而使受压区增大。这两者相比，中性轴上移带来的不利作用比截面刚度提高的有利作用稍大一些。整体而言，提高混凝土板配筋率对负弯矩区的稳定性没有明显的作用。高厚比对组合梁的稳定作用影响较为显著，高厚比增大时，稳定折减系数会有较为明显的减小。组合梁的上翼缘受到约束，使得侧向位移受到限制。当跨度增大到一定程度时，失稳模态会从一个半波失稳转变为两个半波失稳。所以在跨度较小时，增大跨度会使负弯矩区的稳定性降低；而当跨度增大到一定数值后，增大跨度对负弯矩区的稳定性影响就比较小了。有限元模拟结果与三种标准中负弯矩区整体临界失稳弯矩进行对比后表明：三种设计方法计算出的弹塑性临界失稳弯矩比模拟值小，存在一定安全富余度；EC 4 算法的计算结果与有限元模拟结果变化趋势相近且较为保守；GB 50917—2013 的计算过程简单且能确保一定安全度；GB 50017—2017 的计算结果与有限元模拟结果更接近，其安全储备相对其余两本标准要低。
关键词：钢-混凝土组合梁；整体稳定性；有限元分析；负弯矩区
来源为：王姗、张翼、郝龙。他们进行了关于钢 - 混凝土组合梁负弯矩区整体稳定性设计方法的研究。该研究成果发表于《钢结构(中英文)》2022 年第 37 卷第 2 期，页码为 30 - 36 。
DOI 为 10.13206/j.gjgS21012701 。
廊坊临空经济中心项目大跨度室外连廊结构设计
王旭松 刘建涛 王春光
中国建筑设计研究院有限公司
摘要：要实现建筑造型与结构受力的良好结合，同时避免现有结构存在的形式单一、繁琐以及成本高等不足。廊坊临空经济中心项目中的大跨度室外连廊，创新性地运用了两端刚接且呈鱼腹式的钢桁架形式。针对此结构形式的相关问题，包括受力分布情况、桁架整体稳定、节点局部稳定以及结构抗震性能等。首先，运用盈建科 2.0.3 软件进行整体计算，同时将恒荷载、活荷载以及温度荷载都考虑在内；接着，利用 SAUSAGE 2020 软件通过直接分析法，把几何非线性和材料非线性都考虑进去，按照第一阶线弹性屈曲模态设置初始缺陷，并且考虑活荷载的不利布置，对有混凝土楼板和无混凝土楼板的钢桁架分别进行整体稳定分析；然后，用盈建科 2.0.3 软件进行抗震性能化设计；之后，使用 SAUSAGE 2020 软件进行罕遇地震弹塑性时程分析，选取两组天然波和一组人工波，以此来研究结构在强震作用下的变形以及塑性损伤情况，找出结构的薄弱部位；最后，采用 ANSYS R19.2 软件对应力比最大的节点区域进行有限元静力分析，采用实体单元，将几何非线性和材料非线性都考虑在内。
4. 部分节点区域虽然存在应力集中，但应力数值未超过钢材屈服强度且衰减很快，节点承载力性能有一定的富裕度，并且局部稳定满足设计要求。依据不同方面的分析情况，在施工图设计里分别实施有效的加固办法。
方案需要进行比选，同时要进行强度分析、整体稳定分析、舒适度分析以及地震分析和节点分析。
来源为王旭松、刘建涛、王春光。他们进行了廊坊临空经济中心项目大跨度室外连廊结构设计，该成果发表于《钢结构(中英文)》2022 年第 37 卷第 2 期，页码为 37 - 45 。
DOI 为 10.13206/j.gjgS21060701
施工技术
天津高银 117 大厦的新型抗侧移模块化低位顶升钢平台模架体系，其安装施工存在关键技术。
艾心荧、余地华、叶建、李永昌、陈贝诺、鲁墉
1. 东莞理工学院生态环境与建筑工程学院
2. 中建三局集团有限公司工程总承包公司
摘要：天津高银 117 大厦塔楼核心筒施工存在诸多施工难点。其单层面积最大达 1072 平方米；结构施工高度为 596.2 米；层高种类共计 20 余种；墙体分段，厚度从 1400 毫米分次内收至 300 毫米；劲性柱构件数量较多。
为保证工程施工进度与质量，对国内外多种模架形式进行综合考量，最终选定抗侧移模块化低位顶升钢平台模架体系来进行核心筒施工，并且针对其设计原理及组成、安装施工工艺流程以及操作要点等方面开展了研究。各部分都需满足自身刚度的性能要求。为了适应层高的变化，模板系统会按照标准层高来配置定型模板。在模架体系固定的情况下，模板的立面位置可以自行进行调节。对于核心筒内收处的模板，需要按照结构进行调节。当层高变化较大时，会增加支撑立柱的非标准节来进行调节。并且采用大行程的液压油缸，以满足不同层高的顶升高度要求。4) 依据工程的总体施工部署，当核心筒施工完 4 层夹层结构之后，首先进行塔吊的安装。在塔吊安装完成后，立即开始插入顶模的安装工作，计划在 30 天内完成安装和调试。最后安装抗侧装置。- 内外挂架在地面拼成单元，之后分片或分块进行吊装。
天津高银 117 大厦的应用实践表明，该顶模体系有诸多独特优点。它的支撑立柱很高，能够同时开展钢板剪力墙全工艺流程的竖向流水施工，抵抗风致侧移的能力很强。通过这一体系，施工速度达到了 5 天一层，为经济和社会创造了良好效益。
超高层建筑中使用钢板 - 混凝土组合剪力墙，其安装采用钢平台模架体系。 钢板 - 混凝土组合剪力墙在超高层建筑中得以应用，其安装依托钢平台模架体系。 超高层建筑里的钢板 - 混凝土组合剪力墙，是通过钢平台模架体系来进行安装的。
艾心荧、余地华、叶建、李永昌、陈贝诺、鲁墉提供了相关内容。该内容是关于天津高银 117 大厦新型抗侧移模块化低位顶升钢平台模架体系安装施工关键技术的。其出处为《钢结构(中英文)》2022 年第 37 卷第 2 期，页码为 46 - 52 页。
DOI 为 10.13206/j.gjgS21072202 。 该 DOI 具有特定的标识意义 。 它在相关领域的研究和文献中具有重要作用 。 10.13206/j.gjgS21072202 这个具体的代码代表着特定的内容和信息 。 它有助于准确地定位和引用相关的研究成果 。
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钢结构热点探析
本期问题：当柱壁板厚度小于 16mm 时，为何箱型柱不能使用内隔板？
GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》（简称《规范》）第 8.3.4 条表明，箱型柱内隔板若采用电渣焊，柱壁板厚度不宜小于 16mm。若柱壁板厚度小于 16mm，就需要改用工字型柱或者采用贯通式隔板。这就意味着，当柱壁板厚度小于 16mm 时，箱型柱不能使用内隔板。那么，这其中的原因是什么呢？
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