2024年, 第26卷, 第11期　
刊出日期：2024-11-25

  

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  多因素耦合作用下高强钢焊缝连接疲劳性能研究进展

  郭宏超, 关晓迪, 王铳, 赵越

  建筑钢结构进展. 2024, 26(11): 1-14. https://doi.org/10.13969/j.cnki.cn31-1893.2024.11.001

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  焊接是钢结构广泛采用的连接形式。在提高钢材强度等级后，焊接接头在服役过程中对蚀坑、裂纹等缺陷的敏感度增强，且焊接会劣化钢材成分、组织性能进而导致焊接接头产生初始缺陷。因此，在环境腐蚀、应力集中、超载等因素作用下，钢结构焊缝连接未达到设计服役年限就发生疲劳断裂，造成严重的资源浪费。基于对多因素耦合下高强钢焊缝连接疲劳性能研究现状的总结，介绍了腐蚀疲劳机理及腐蚀预测模型，分析了疲劳设计方法及疲劳寿命评估理论，归纳了焊接残余应力、点蚀坑以及初始裂纹对焊缝连接疲劳性能的影响。结果表明：焊接工艺、焊接参数以及焊接几何尺寸等对焊接接头的力学性能影响显著，焊接残余应力会削弱高强钢焊接接头的疲劳强度，焊接缺陷会引起应力集中现象，加快裂纹萌生速度；高强钢在腐蚀初期形成点蚀坑并逐渐发展成裂纹，进而导致焊缝连接的腐蚀疲劳性能降低。随着高强钢焊缝连接在工程中的应用增多，建议开展不同强度等级及焊接形式的焊缝连接疲劳试验，并将理论成果和经验方法在实际工程中推广应用。
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  基于机器学习的不锈钢管混凝土构件轴压承载力预测方法研究

  余琪瑶, 廖飞宇, 陆国兵

  建筑钢结构进展. 2024, 26(11): 15-23. https://doi.org/10.13969/j.cnki.cn31-1893.2024.11.002

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  基于收集的189个不锈钢管混凝土构件的轴压试验数据建立了机器学习数据库，采用6种机器学习模型（随机森林、决策树、支持向量机、多层感知器、极端梯度提升和自适应提升）分别对圆形和方形截面不锈钢管混凝土构件进行了轴压承载力预测研究，同时分析了不同参数对机器学习模型预测精度的影响。研究结果表明，上述6种机器学习预测模型中预测精度最高的是极端梯度提升模型，对于圆形和方形截面构件所有参数的预测，该模型的均方根误差分别为0.043 5和0.018 8，且预测值与试验值之比的变异系数分别为0.127和0.166，相较于现有标准，该模型表现出更高的预测精度和更广泛的适用范围，可为工程应用提供数据支撑和理论指导。
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  方GFRP-橡胶混凝土-钢双管组合长柱轴压性能研究

  何明理, 李钢粮, 周振, 王嘉晖, 熊哲, 刘锋, 李丽娟, 罗振鹏

  建筑钢结构进展. 2024, 26(11): 24-35. https://doi.org/10.13969/j.cnki.cn31-1893.2024.11.003

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  为研究GFRP-橡胶混凝土-钢双管组合柱（GFRP-rubber concrete-steel double-skin tubular columns,RCDSTCs）的轴压性能，对7个长柱试件进行了轴压试验。观察RC-DSTCs在轴压状态下的破坏模式，基于荷载-位移曲线、荷载-应变曲线和环向-轴向应变曲线分析了长细比、空心率对RC-DSTCs轴压性能的影响，提出了RC-DSTCs的轴压理论承载力计算式。结果表明：随着长细比的提高，RC-DSTCs的轴压破坏模式由材料破坏向弯曲失稳破坏转化，但所有RC-DSTCs的钢管均达到了屈服应变0.2%；同时，随着长细比的提高，RC-DSTCs的峰值荷载、GFRP管约束作用及延性显著降低；而随着空心率从0.3增加至0.4,RC-DSTCs的延性有明显提高；RC-DSTCs的轴压承载力计算结果与试验结果比较吻合，可为后续工程应用提供参考。
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  单轴对称截面轴压构件弯扭失稳换算长细比的一般计算式

  刘占科, 徐应鲜, 周绪红, 常洲旗, 马张永

  建筑钢结构进展. 2024, 26(11): 36-46. https://doi.org/10.13969/j.cnki.cn31-1893.2024.11.004

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  单轴对称截面轴压构件弯扭失稳的换算长细比是计算其极限荷载的重要参数。基于单轴对称截面轴压构件弯扭失稳的平衡微分方程，采用Galerkin法推导了4种边界约束条件弯扭失稳临界荷载的一元二次方程，并进一步得到了基于荷载比、双长细比的弯扭失稳换算长细比理论式。基于理论式，分别对比了我国现行标准GB 50017—2017中双角钢组合T形截面轴压构件扭转失稳、弯扭失稳的换算长细比，揭示了其中存在的问题；提出了新的双角钢组合T形截面轴压构件扭转失稳、弯扭失稳换算长细比的计算式，并与理论式的计算结果进行对比。结果表明，对于不同边界约束条件的轴压构件，其弯扭失稳临界荷载或换算长细比的形式不尽相同；相较于GB 50017—2017中的公式，所建议的双角钢组合T形截面轴压构件扭转失稳、弯扭失稳的换算长细比具有更高的精度，且适用于4种边界约束条件和115个等边双角钢组合T形截面、71个长肢相并的不等边双角钢组合T形截面和71个短肢相并的不等边双角钢组合T形截面。
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  两边连接横向波纹钢板剪力墙的力学性能及板形优化

  蒋琦, 孙国华, 刘文渊

  建筑钢结构进展. 2024, 26(11): 47-55. https://doi.org/10.13969/j.cnki.cn31-1893.2024.11.005

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  波纹钢板剪力墙作为一种新型抗侧力构件，其几何构造在一定程度上起到了加劲作用，避免了板面加劲肋的焊接问题。两边连接横向波纹钢板剪力墙可通过合理设计实现先屈服后屈曲，具有两阶段受力特征，初始抗侧刚度和残余水平承载力较高。采用有限元软件ABAQUS对两边连接横向波纹钢板剪力墙的滞回性能进行了系统的参数研究，给出了具有良好残余水平承载力的板形推荐建议。通过对影响波纹钢板剪力墙力学性能的高厚比、跨高比、波长、波形比和波纹角等几何参数进行分析，发现高厚比和跨高比对波纹钢板剪力墙抗侧性能影响最大，当波纹钢板高厚比在450～900之间，跨高比在0.7～1.0之间时，波纹钢板剪力墙具有良好的滞回性能和延性；波纹钢板的波形比及波纹角是影响两边连接横向波纹钢板剪力墙残余水平承载力和耗能能力的重要因素，波纹钢板的波形比控制在0.5～1.0之间且波形角控制在90°～120°之间时，两边连接横向波纹钢板剪力墙可获得足够的残余水平承载力。
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  输电塔钢管角钢组合节点承载能力模拟分析与计算方法研究

  张丽娟, 田雪凯, 刘俊才, 罗靖宇, 田利

  建筑钢结构进展. 2024, 26(11): 56-65. https://doi.org/10.13969/j.cnki.cn31-1893.2024.11.006

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  依托输电线路实际工程，选取输电铁塔主材与横担连接处钢管角钢组合节点为研究对象，采用数值软件ABAQUS建立了钢管角钢组合节点精细化有限元模型，并通过静力加载试验验证了有限元模型的合理性；随后模拟分析了组合节点的传力机理和应力分布，明确了不同参数对组合节点受力特性的影响规律。结果表明，钢管、中环板与竖向板相交区域出现应力集中且最大应力达到屈服强度，并向四周扩散且逐渐减小，中环板和竖向板的厚度是影响组合节点极限承载力的关键因素。采用有效宽度法计算了中环板和竖向板的承载能力，建立了不同板件的内力占比计算式，基于此，提出了组合节点承载力计算方法。所提出的极限承载力计算方法与数值模拟结果的误差在13%以内，验证了计算方法的合理性，可为钢管角钢组合节点的结构设计与分析提供参考。
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  带水平加劲肋PEC墙-钢梁刚接节点极限承载力

  张咸昌, 朱浩川, 叶灵鹏, 肖志斌, 金振奋

  建筑钢结构进展. 2024, 26(11): 66-75+95. https://doi.org/10.13969/j.cnki.cn31-1893.2024.11.007

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  部分包覆钢-混凝土组合（Partially encased composite,PEC）墙在装配式建筑领域具有广阔的应用前景，但其节点承载力尚待进一步深入研究。对带水平加劲肋PEC墙-钢梁刚接节点受力性能进行研究，基于既有试验验证有限元模拟的准确性，考察水平加劲肋厚度、柱间腹板厚度、暗柱截面高度和暗柱横隔板间距等参数对节点承载力的影响，根据节点受力机理和有限元分析结果，提出带水平加劲肋PEC墙-钢梁刚接节点极限承载力计算式。研究表明，计算值与有限元结果吻合良好，适用于带水平加劲肋PEC墙-钢梁刚接节点的极限承载力计算，可供相关工程设计应用参考。
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  标准化Z字形钢结构梁柱连接节点转动刚度研究

  曾立静, 张泽宇, 王月栋, 侯兆新, 刘学春, 吕大刚

  建筑钢结构进展. 2024, 26(11): 76-84. https://doi.org/10.13969/j.cnki.cn31-1893.2024.11.008

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  为研究标准化Z字形钢结构梁柱连接节点的转动刚度，对翼缘焊接和搭接两种形式的Z字形钢结构梁柱连接节点进行了单调和往复循环加载试验及有限元分析。研究了不同连接节点设计强度对Z字形钢结构梁柱连接节点转动刚度和循环刚度退化等力学性能的影响。结果表明，翼缘焊接和搭接两种形式的Z字形钢结构梁柱连接节点均具有良好的延性和滞回性能。翼缘焊接Z形节点转动刚度表现为刚性连接，翼缘搭接Z字形钢结构节点转动刚度表现为铰接。对于翼缘焊接Z字形钢结构梁柱连接节点，其转动刚度和循环刚度退化程度受焊缝连接强度影响显著。较小的强度设计倍数（0.2～0.4）时节点破坏模式为焊缝率先发生破坏，其节点转动性能表现为半刚性。较大节点强度设计倍数（0.7～1.1）时节点破坏模式转变为构件率先发生破坏，节点表现为刚性连接且其循环刚度退化程度（转角小于0.02 rad条件下）明显小于强度设计倍数较小的Z字形钢结构节点循环刚度退化程度。总体上看，可通过改变节点强度设计倍数来调节其转动刚度。
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  碟簧螺栓连接柱脚节点滞回模型与性能研究

  冯玉龙, 李超男, 种迅, 蒋庆, 黄俊旗

  建筑钢结构进展. 2024, 26(11): 85-95. https://doi.org/10.13969/j.cnki.cn31-1893.2024.11.009

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  框架结构在地震作用下易在柱脚处形成塑性铰，设计损伤可控且具有复位能力的柱脚节点可有效提高框架结构的抗震性能和韧性。基于实际工程应用的螺栓和盖板连接，提出了将碟簧螺栓和屈曲约束翼缘盖板分别作为恢复和耗能元件的一种碟簧螺栓连接柱脚节点。推导了节点的理论滞回模型以及部分构件的内力计算式，采用ABAQUS软件建立了节点有限元模型并进行了滞回分析。结果表明，提出节点的滞回曲线呈典型的旗帜形，损伤集中于屈曲约束翼缘盖板的核心板，碟簧螺栓有效地减小了节点残余变形；有限元模型与理论滞回模型的结果吻合较好。最后，依据理论滞回模型，通过改变核心板厚度、钢柱轴压力、碟簧螺栓预紧力和组合碟簧刚度，分别研究了翼缘盖板-钢柱刚度比R_ec、轴压比R_a、复位比R_r和碟簧螺栓-钢柱刚度比R_sr共4种无量纲参数对节点滞回性能的影响。结果表明，R_ec、R_a和R_r影响节点承载力、耗能能力和残余变形；当通过改变碟簧螺栓预紧力来增加R_r时，碟簧可能在推覆过程中被压平；R_sr对节点的承载力和耗能能力影响较小，但对组合碟簧的压缩变形能力影响较大。
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  平面不对称超高层钢结构施工期变形控制因素参数分析研究

  王华平, 肖仪清

  建筑钢结构进展. 2024, 26(11): 96-109+118. https://doi.org/10.13969/j.cnki.cn31-1893.2024.11.010

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  以平面不对称超高层钢结构项目——广商中心为工程背景，以施工周期、巨型斜撑和环带桁架的闭合时间为影响因素，通过有限元软件Midas Gen分析了上述因素对平面不对称超高层建筑施工期水平、竖向变形以及关键结构构件应力的影响规律。分析结果表明：施工周期对超高层钢结构的变形以及关键构件应力的影响均较小；相较于滞后闭合，环带桁架同步闭合的结构竖向变形差以及环带桁架的应力最小；同时，巨型斜撑闭合时间对竖向变形差基本没有影响，但越早闭合，结构水平楼层位移越大，巨型支撑和环带桁架的最大应力也越大。基于分析结果提出了相应的施工期变形控制措施。最后，在采用上述变形控制措施基础上对广商中心施工期的变形和关键构件的应力进行了预测。
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  大曲率巨型钢桁架的结构安全监测平台与施工监测研究

  傅文炜, 陈鑫, 陈泽云, 柴明明, 周红燕, 潘鸿

  建筑钢结构进展. 2024, 26(11): 110-118. https://doi.org/10.13969/j.cnki.cn31-1893.2024.11.011

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  由于复杂建筑结构的施工难度大且不确定性高，开展结构施工监测对整体的安全稳定至关重要。基于BIM和Web技术研发了对巨型钢桁架结构进行施工监测的结构安全监测平台，并对监测平台的总体设计思路及各项功能进行了详细的说明。根据监测数据的概率分布特征，利用高斯混合模型确定监测预警值以开展结构安全预警。该安全监测平台跟踪了钢桁架卸载施工全过程的形态和内力变化情况，建立了钢桁架的精细化模型以模拟卸载施工的全过程，并对比分析了实测结果和计算结果。研究结果表明：钢桁架z向位移均未超过跨度的1/400，构件应力比的最大值未超过0.4，说明了卸载施工的安全性较高；施工阶段的实测应力和位移的相对误差不超过10%，反映了数值模型对于卸载施工模拟的可靠性和有效性；所研发的监测平台获得了卸载全过程的结构响应变化规律，可为结构状态评估提供可靠的数据支撑。