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960 MPa高强度钢材轴压构件整体稳定性能试验研究

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建筑结构学报 2014年第1期35卷 117-125页

作者：班慧勇施刚石永久清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084 新南威尔士大学土木与环境工程学院

为研究960 MPa高强度钢材轴压构件的整体稳定性能,对6个焊接工字形和等边箱形截面试件进行了静力试验研究,测量了试件的几何初弯曲、荷载初偏心以及截面残余应力分布等初始缺陷,分析了试件的失稳破坏形态,得到了整体稳定承载力,并与规... 详细信息

为研究960 MPa高强度钢材轴压构件的整体稳定性能,对6个焊接工字形和等边箱形截面试件进行了静力试验研究,测量了试件的几何初弯曲、荷载初偏心以及截面残余应力分布等初始缺陷,分析了试件的失稳破坏形态,得到了整体稳定承载力,并与规范设计曲线进行了对比分析。利用试验结果验证了有限元分析模型,并进行参数分析。研究结果表明:试件的破坏模态均为整体弯曲失稳,除两个几何初始缺陷过大的试件外,其他试件的整体稳定系数试验值均明显高于规范设计值;参数分析结果表明,960 MPa钢材焊接截面轴压构件的整体稳定系数较普通钢材显著提高,建议采用GB 50017—2003中的a类柱子曲线设计此类轴压构件,同时拟合了960 MPa高强度钢材的柱子曲线公式。

关键词：受压构件 960MPa高强度钢材静力试验有限元分析整体稳定设计方法

不同焊接节点构造形式钢框架整体抗震性能分析

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工程力学 2012年第11期29卷 71-79页

作者：石永久王萌王元清清华大学土木工程系清华大学结构工程与振动教育部重点实验室北京100084

为系统全面地对比不同构造形式对于焊接节点钢框架抗震性能的影响,该文采用通用有限元软件ABAQUS,建立多尺度钢框架非线性有限元模型,应用国内外典型试验结果,验证了精细模型和多尺度有限元模型的准确性和等效性。通过建立9种不同节点... 详细信息

为系统全面地对比不同构造形式对于焊接节点钢框架抗震性能的影响,该文采用通用有限元软件ABAQUS,建立多尺度钢框架非线性有限元模型,应用国内外典型试验结果,验证了精细模型和多尺度有限元模型的准确性和等效性。通过建立9种不同节点构造形式的钢框架多尺度模型,进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,与标准型节点框架在结构变形、基底剪力、塑性耗能、断裂倾向指数等方面进行对比分析,深入探讨不同节点构造形式对钢框架抗震性能的影响,为工程应用提供参考依据。分析结果表明:只要设计合理,局部构造差异对于结构变形的影响不大,不会引起刚度的突变进而对结构造成不利的影响;对于局部加强节点框架,没有造成基底剪力的增加(少数增加最大为6%),降低了结构的地震响应,这对于结构抵抗地震荷载起到有利作用;改变节点构造可以显著地改善节点焊接接头处的断裂倾向,减缓节点焊接处的应力集中现象,使得破坏发生在母材而不是焊缝处,进而发生延性破坏避免脆性破坏。

关键词：焊接节点钢框架构造形式多尺度模型局部屈曲有限元分析(FEM) 弹塑性时程分析

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钢框架焊接节点损伤破坏行为分析

工程力学 2013年第4期30卷 73-82页

作者：石永久王萌王元清清华大学土木工程系清华大学结构工程与振动教育部重点实验室北京100084

为了正确地评价损伤累积效应对结构的影响并准确的预测结构的破坏形态,采用一批在不同循环加载制度下、构造形式不同的钢框架焊接节点试验,深入分析节点损伤破坏的因素和分类。计算试验中所有节点的累积滞回能、最大变形、最大荷载、屈... 详细信息

为了正确地评价损伤累积效应对结构的影响并准确的预测结构的破坏形态,采用一批在不同循环加载制度下、构造形式不同的钢框架焊接节点试验,深入分析节点损伤破坏的因素和分类。计算试验中所有节点的累积滞回能、最大变形、最大荷载、屈服位移和屈服荷载,从而根据这些基本参数计算每个节点10种损伤指数的发展趋势,比较损伤模型对于节点损伤退化性能描述,验证并探讨不同损伤模型反应破坏模态以及对结构破坏预测的准确性。试验以及分析结果表明:加载制度对破坏模态有较大影响,对于大幅值加载试件,更易发生逐步退化破坏,而小幅值加载的试件,易发生突然破坏;不同损伤模型具有应用的局限性并且参数组合形式对其损伤指数分布影响较大;以变形为参数的模型也能够较好的表现破坏发展趋势并且通过调整参数,与同时考虑能量的模型分布相近,但其形式更为简单并且只与当前量有关,不需要积分计算,在程序中容易实现,为下一步嵌入程序选取模型提供重要的依据,为今后的工程应用提供有力的工具。

关键词：钢框架焊接节点损伤累积指数破坏模式滞回耗能塑性变形

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强震作用下钢材等效本构模型应用研究

建筑结构学报 2013年第10期34卷 84-92页

作者：王萌石永久王元清北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 清华大学土木工程系北京100084

为研究考虑损伤退化的钢材等效本构模型在整体框架中的应用及其用于强震作用下钢框架结构弹塑性时程分析的可行性,选取已有典型钢框架静力及动力试验,对其分别采用等效本构模型和传统的两折线模型进行计算,并与试验结果进行对比分析,验... 详细信息

为研究考虑损伤退化的钢材等效本构模型在整体框架中的应用及其用于强震作用下钢框架结构弹塑性时程分析的可行性,选取已有典型钢框架静力及动力试验,对其分别采用等效本构模型和传统的两折线模型进行计算,并与试验结果进行对比分析,验证等效本构模型的可靠性和对计算精度的提高作用。在此基础上,将等效本构模型应用于10层钢框架结构抗震性能分析中,采用增量动力分析法,研究损伤累积退化对多高层钢框架结构强震作用下动力响应的影响,并与不考虑损伤退化的模型计算结果进行对比分析。分析结果表明:累积损伤退化的发生会加剧结构的动力响应,若不考虑此影响,会低估结构变形,导致结构存在一定的安全隐患。采用等效本构模型的增量动力分析能够较为合理地反映结构在强震作用下的承载性能退化现象,但不同地震波作用下的计算结果差异较大。

关键词：钢框架结构等效本构模型损伤退化弹塑性时程分析增量动力分析动力响应

960MPa高强钢焊接箱形截面残余应力试验及统一分布模型研究

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土木工程学报 2013年第11期46卷 63-69页

作者：班慧勇施刚石永久清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084 清华大学土木与水利学院北京100084 新南威尔士大学

为研究960MPa高强钢焊接箱形截面的残余应力,采用分割法对3个不同截面尺寸试件进行了试验研究,分析了板件宽厚比对残余应力的影响以及截面板件残余应力的自平衡性;通过总结国内外针对其他不同强度钢材焊接箱形截面残余应力的大量试验数... 详细信息

为研究960MPa高强钢焊接箱形截面的残余应力,采用分割法对3个不同截面尺寸试件进行了试验研究,分析了板件宽厚比对残余应力的影响以及截面板件残余应力的自平衡性;通过总结国内外针对其他不同强度钢材焊接箱形截面残余应力的大量试验数据,研究钢材强度对残余应力分布规律的影响。研究结果表明:板件中部残余压应力大小与截面尺寸直接相关,与钢材强度等级无明显关系;焊缝附近残余拉应力与截面尺寸无直接关系,并随钢材强度提高而增大,但对于高强度钢材截面残余拉应力低于钢材强度;焊接箱形截面四块板件的残余应力分别能够满足自平衡条件。提出了适用于不同等级高强钢焊接箱形截面残余应力的统一分布模型和计算式,为高强度钢材钢结构的研究提供了基础条件。

关键词： 960MPa高强度钢材焊接箱形截面残余应力试验统一分布模型

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考虑累积损伤退化的钢材等效本构模型研究

建筑结构学报 2013年第10期34卷 73-83页

作者：王萌石永久王元清北京交通大学土木工程学院北京100044 清华大学土木工程系北京100084

在结构抗震分析中,钢材在循环荷载作用下的一维本构关系是利用杆系模型进行结构弹塑性地震响应分析的基础。为了更准确地模拟结构在强震作用下的反应,提出能够考虑累积损伤、刚度和强度退化的钢材等效本构模型,包括骨架曲线、滞回准则... 详细信息

在结构抗震分析中,钢材在循环荷载作用下的一维本构关系是利用杆系模型进行结构弹塑性地震响应分析的基础。为了更准确地模拟结构在强震作用下的反应,提出能够考虑累积损伤、刚度和强度退化的钢材等效本构模型,包括骨架曲线、滞回准则以及退化特征,利用损伤控制因子数学模型对钢构件、节点及结构的损伤退化全程进行描述。根据提出的等效本构模型并利用有限元软件ABAQUS提供的用户材料子程序UMAT,采用Fortran语言开发能够进行钢框架强震作用分析的损伤退化过程计算程序。采用等效本构模型对典型试验进行模拟分析,其结果与试验结果吻合良好,充分证明钢材等效本构模型用于钢构件在强震作用下弹塑性分析的准确性及可行性。

关键词：钢材等效本构模型数值分析损伤退化骨架曲线滞回准则退化特征

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局部释放组合作用组合梁的弹性分析

土木工程学报 2013年第11期46卷 105-111页

作者：聂鑫樊健生石永久清华大学土木与水利学院北京100084 清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084

在钢-混凝土组合结构桥梁负弯矩区采用纵向不抗剪连接件,释放钢与混凝土之间的组合作用,是减小混凝土桥面板中拉应力的有效方法之一。针对这种新型连接构造方式,对释放组合作用的简支组合梁建立了偏微分方程,给出了组合梁在不同荷载形... 详细信息

在钢-混凝土组合结构桥梁负弯矩区采用纵向不抗剪连接件,释放钢与混凝土之间的组合作用,是减小混凝土桥面板中拉应力的有效方法之一。针对这种新型连接构造方式,对释放组合作用的简支组合梁建立了偏微分方程,给出了组合梁在不同荷载形式及边界条件下的挠度及应变的解析解,并在此基础上对局部释放组合作用的连续梁提出了一种近似计算方法。通过与有限元数值分析的对比,表明计算方法具有较高的精度且计算简便易行。对连续组合梁的参数分析表明,适当增加释放组合作用区段长度可有效释放降低中支座负弯矩区段混凝土板内的拉应变,从而增强结构的抗裂性,而对结构刚度的影响不大。当混凝土板宽度较大时,增加释放组合作用区段长度对结构刚度的削弱作用就越明显。

关键词：组合梁局部释放组合作用微分方程设计方法拉应力刚度

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中美建筑钢结构设计方法比较——焊缝连接

钢结构（中英文） 2020年第5期35卷 34-49页

作者：石永久清华大学土木工程系北京100084

焊缝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对焊缝连接的设计和构造做出了详细规定。通过梳理中国现行GB 50017—2017《钢结构设计标准》和美国现行AISC 360-16《建筑钢结构标准(Specification for Structural Ste... 详细信息

焊缝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对焊缝连接的设计和构造做出了详细规定。通过梳理中国现行GB 50017—2017《钢结构设计标准》和美国现行AISC 360-16《建筑钢结构标准(Specification for Structural Steel Buildings)》及其相关技术标准中有关钢结构焊缝连接的基本规定和设计方法,分析比较了GB 50017—2017和AISC 360-16及其相关技术标准在焊缝形式、构造要求、质量检验、焊缝承载力计算方法等方面的规定和要求。重点讨论了两国技术标准的差异和相近性,主要内容包括:1)焊缝连接的技术标准。美国钢结构焊缝连接设计的主要依据是各个行业协会制定的团体标准,美国焊接协会(American Welding Society)制定了焊接材料和焊接工艺AWS标准,美国材料与试验协会(American Society for Testing and Materials)制定了结构钢材和连接材料ASTM标准,美国钢结构协会(American Institute of Steel Construction)制定了焊缝承载力计算和构造要求AISC标准,而中国钢结构焊缝连接设计采用政府发布的国家GB标准或建筑结构行业JGJ标准。2)焊缝连接的形式。GB 50017和AISC 360推荐采用的钢结构焊缝连接形式完全一致,包括熔透对接焊缝、部分熔透对接焊缝、角焊缝、塞焊缝和槽焊缝,两个标准对各种焊缝连接形式的构造要求也基本相同。3)焊缝连接的设计原则。GB 50017要求采用“极限状态设计法”计算各类焊缝连接的设计承载力,而AISC 360允许设计人员选择“容许强度设计法”或“荷载与抗力系数设计法”(相当于“极限状态设计法”)计算焊缝的承载力。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力,而AISC 360主要通过规定全熔透对接焊缝的构造、焊接工艺和质量检验等要求实现焊缝与母材等强度。对于部分熔透对接焊缝的承载力,两个标准都采取了相当于角焊缝的计算方法。5)角焊缝的计算。GB 50017和AISC 360规定的角焊缝、塞焊缝和槽焊缝计算方法基本相同,AISC 360计算的角焊缝承载力略高。两个标准都对受剪长焊缝进行了承载力折减。相关内容为从事钢结构设计和施工人员准确理解和应用GB 50017和AISC 360提供了参考,同时也提出了进一步完善GB 50017—2017的意见和建议。

关键词：钢结构设计焊缝连接承载力计算构造要求

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中美建筑钢结构设计方法比较——螺栓连接

钢结构（中英文） 2020年第8期35卷 33-56页

作者：石永久清华大学土木工程系北京100084

螺栓连接具有传力可靠、施工方便、可拆装等优势,是钢结构连接的主要形式。目前装配式钢结构和装配式组合结构的现场施工安装主要采用螺栓连接。美国钢结构协会颁布的AISC 360-16《建筑钢结构设计规范》和中国标准GB 50017—2017《钢结... 详细信息

螺栓连接具有传力可靠、施工方便、可拆装等优势,是钢结构连接的主要形式。目前装配式钢结构和装配式组合结构的现场施工安装主要采用螺栓连接。美国钢结构协会颁布的AISC 360-16《建筑钢结构设计规范》和中国标准GB 50017—2017《钢结构设计标准》对钢结构螺栓连接形式、材料性能、承载力计算方法、构造要求都做出了详细规定。分析和比较了GB 50017—2017和AISC 360-16在螺栓连接设计规定方面的差异性和相近性,为钢结构设计人员准确理解及应用GB 50017—2017和AISC 360-16提供了参考,同时对进一步改进和完善GB 50017—2017提出了建议。主要内容包括:1)AISC 360-16和GB 50017—2017根据螺栓材料不同分成普通螺栓和高强度螺栓,中国的普通螺栓常采用4.6级和4.8级,也称为C级螺栓。美国ASTM A307标准规定的螺栓相当于4.6级或4.8级普通螺栓。中国的高强度螺栓有8.8级和10.9级,分为大六角头螺栓和扭剪型螺栓。美国的高强度螺栓也分为大六角头和扭剪型,ASTM A354标准规定的BC级螺栓相当于8.8级螺栓、BD级螺栓相当于10.9级螺栓。ASTM F3125/F3125M标准规定的A325级和A490级螺栓也相当于8.8级和10.9级,ASTM F3111和ASTM F3043标准还规定了抗拉强度等级为1380 MPa的高强度螺栓,其强度等级高于中国的12.9级螺栓。2)AISC 360-16和GB 50017—2017中设计普通螺栓连接时都不需要施加预拉力,安装时手动拧紧即可。GB50017—2017规定采用高强度螺栓时必须施加设计规定的预拉力,AISC 360-16允许结构设计人员决定对高强度螺栓是否施加预拉力。AISC 360-16规定的螺栓预拉力值比GB 50017—2017的规定值约大15%。3)AISC 360-16和GB 50017—2017中设计螺栓连接时分别考虑螺栓连接受剪、螺栓连接受拉、螺栓连接受拉剪联合作用的受力状况。当螺栓连接受到剪力作用时,普通螺栓按承压型连接设计,高强度螺栓可以按承压型连接设计或摩擦型连接设计,按照摩擦型连接设计的高强度螺栓必须施加规定的预拉力值并确定接触面抗滑移系数。GB 50017—2017规定的抗滑移系数与接触面表面处理方法和连接钢板的强度等级有关,而AISC 360-16规定抗滑移系数只与接触面表面处理方法有关,AISC 360-16和GB 50017—2017的抗滑移系数取值基本接近,都在0.3~0.5范围内。4)AISC 360-16和GB 50017—2017对螺栓连接的螺栓排布和构造要求都做出了明确规定,要求限制螺栓孔的最大和最小端距和边距,限制螺栓孔的最大和最小间距。AISC 360-16和GB 50017—2017规定了标准螺栓孔径比螺栓直径大2~3 mm的匹配要求,并允许按摩擦型连接设计的高强度螺栓采用大圆孔或槽孔。5)在计算不同受力状况的螺栓连接承载力时,AISC 360-16和GB 50017—2017都要求分别计算螺栓的承载力和连接板的承载力。对于承受剪力作用的长螺栓接头都要考虑螺栓内力分布不均匀的影响,对抗剪承载力进行适当折减。

关键词：普通螺栓高强度螺栓承压型连接摩擦型连接装配式结构