460Mpa高強(qiáng)度GJ鋼基于性能的計算模式研究

高強(qiáng)度高性能鋼材在國內(nèi)已有大量使用，我國《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》已經(jīng)將Q345GJ鋼列入推薦使用材料，但針對400MPa及以上GJ鋼的研究還不充分，現(xiàn)有規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于普通材料構(gòu)件的計算方法是否適合400MPa及以上GJ鋼構(gòu)件，尚需研究加以驗(yàn)證。課題組基于對Q460GJ鋼焊接構(gòu)件殘余應(yīng)力的試驗(yàn)研究，揭示了薄板、中厚板Q460GJ鋼焊接H型截面、箱型截面殘余應(yīng)力的分布規(guī)律；分析了試驗(yàn)方法對受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定承載力試驗(yàn)結(jié)果的影響，提出了兩套能準(zhǔn)確模擬受彎構(gòu)件邊界條件的支撐和加載方案；通過對跨中無側(cè)向約束和跨中有一個側(cè)向約束單點(diǎn)加載簡支梁整體穩(wěn)定的足尺試驗(yàn)和數(shù)值模擬，揭示了Q460GJ鋼焊接H型截面受彎構(gòu)件整體失穩(wěn)的破壞機(jī)理和力學(xué)性能；通過對兩端鉸接軸心受壓構(gòu)件的足尺試驗(yàn)和數(shù)值模擬，揭示了Q460GJ鋼焊接H型截面、焊接箱型截面軸心受壓構(gòu)件整體失穩(wěn)的破壞機(jī)理和力學(xué)性能；通過對不同偏心率的兩端鉸接偏壓構(gòu)件的足尺試驗(yàn)和數(shù)值模擬，揭示了Q460GJ鋼焊接H型截面、焊接箱型截面壓彎構(gòu)件整體失穩(wěn)的破壞機(jī)理和力學(xué)性能；分析了以上研究結(jié)果與國內(nèi)外主要國家或地區(qū)規(guī)范計算結(jié)果的差距，對這些規(guī)范計算Q460GJ鋼構(gòu)件的承載能力的適用性進(jìn)行評估，并基于我國《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》及《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，就Q460GJ鋼受彎構(gòu)件、軸心受力構(gòu)件、壓彎構(gòu)件穩(wěn)定承載力計算的可靠度進(jìn)行研究，分別提出了Q460GJ鋼抗力分項(xiàng)系數(shù)和強(qiáng)度設(shè)計值的建議值。課題組圓滿完成了申請書上的各項(xiàng)研究任務(wù)，并及時公布課題組的研究成果，期望能豐富高強(qiáng)度高性能鋼相關(guān)研究成果，為推廣使用高強(qiáng)度高性能鋼提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 2100433B

建筑鋼結(jié)構(gòu)采用高強(qiáng)度鋼材趨勢已經(jīng)確立，400Mpa級高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼研究已積累較多成果。GJ鋼性能優(yōu)異但開發(fā)在后，所涉研究剛起步，使用經(jīng)驗(yàn)不足的狀況有待改變。申請者在前期研究中發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)裝置對受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定承載力有很大影響，這似乎解釋了近年來高強(qiáng)鋼研究報道集中于受壓試驗(yàn)而回避受彎試驗(yàn)的原因。申請者所在課題組設(shè)想了幾種不同的試驗(yàn)裝置，陸續(xù)嘗試試驗(yàn)作出比較，獲得預(yù)期結(jié)果，有望在試驗(yàn)研究階段發(fā)揮決定性作用。課題擬圍繞460Mpa高性能GJ結(jié)構(gòu)鋼性能開展工作：采用切條法測試Q460GJ鋼中厚板焊接截面殘余應(yīng)力分布規(guī)律；基于足尺試驗(yàn)，了解H形、箱形和十字形截面受壓（含軸壓和壓彎）構(gòu)件及H形（含單、雙軸對稱）截面受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定性能；基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)以有限元手段，擴(kuò)展試驗(yàn)成果；構(gòu)建460Mpa GJ結(jié)構(gòu)鋼基于性能的計算模式，遵循ISO2394作出可靠性論證；最終給出GJ鋼的設(shè)計參數(shù)應(yīng)用建議。

GJ鋼作為適應(yīng)超高層及大跨建筑的高性能鋼材，其制作而成的GJ鋼梁柱等構(gòu)件目前已應(yīng)用于國家奧運(yùn)主體育場、首都新機(jī)場、央視新大樓等重大建設(shè)項(xiàng)目。基于前期對GJ鋼材性參數(shù)的統(tǒng)計分析以及GJ鋼軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定性能的研究成果，為進(jìn)一步延續(xù)并擴(kuò)展GJ鋼的構(gòu)件研究層次，故提出本申報課題- - GJ鋼受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定性能研究。課題組擬通過對GJ鋼受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定承載力的試驗(yàn)，探索計算模式不定性因素對構(gòu)件抗力的影響；同時通過對GJ鋼受彎構(gòu)件殘余應(yīng)力模式進(jìn)行測試，更為準(zhǔn)確地模擬受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定承載力計算模型?？紤]殘余應(yīng)力分布模式，并計入受彎構(gòu)件初始變形等缺陷，通過數(shù)值分析并對比試驗(yàn)結(jié)果獲得GJ鋼受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)。項(xiàng)目的實(shí)施擬為高性能GJ鋼在構(gòu)件層面上的應(yīng)用及推廣奠定基礎(chǔ)。

第一，按切條法（優(yōu)于盲孔法）測試了GJ鋼構(gòu)件殘余應(yīng)力分布規(guī)律，據(jù)此確定了用于有限元分析的殘余應(yīng)力模式。第二，受彎構(gòu)件穩(wěn)定性能的試驗(yàn)研究，是項(xiàng)目最主要工作內(nèi)容，也是面對難題最多的環(huán)節(jié)，對試驗(yàn)加載裝置進(jìn)行了幾種方案的對比摸索，確認(rèn)加載裝置對試驗(yàn)結(jié)果有重要影響，經(jīng)持續(xù)改進(jìn)裝置的努力，使得試驗(yàn)數(shù)據(jù)從異常逐步趨于合理；研究計劃外增加了8個試驗(yàn)試件，擴(kuò)展構(gòu)件規(guī)格、改變荷載作用特征，提升了試驗(yàn)成果的代表性，是計劃外的收獲。第三，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有限元分析嘗試，很好地解釋了某些試驗(yàn)現(xiàn)象，為試驗(yàn)方案調(diào)整提供了明確指導(dǎo)；大量的有限元分析數(shù)據(jù)，擴(kuò)大了試驗(yàn)成果的適用范圍，使數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理以及計算模式求解順利實(shí)現(xiàn)。第四，從已經(jīng)掌握的情況看，GJ鋼受彎構(gòu)件穩(wěn)定性能要好于普通結(jié)構(gòu)鋼，但系統(tǒng)性的規(guī)律還不太清晰，有必要再做進(jìn)一步研究討論。第五，外部條件變化大大延遲了試驗(yàn)進(jìn)程，研究總進(jìn)度受到重大影響，課題組充分感受到試驗(yàn)研究的曲折艱苦和科研工作的不確定性特征；項(xiàng)目成果的表述（如項(xiàng)目相關(guān)論文）期待在此后的二、三年里陸續(xù)公開。

高強(qiáng)度鋼板與普通低碳鋼板相比焊接困難、成形性差，而曲線焊縫差厚高強(qiáng)度鋼激光拼焊板因母材厚度不同以及焊縫為曲線形狀，呈現(xiàn)出焊接和成形更加困難的特點(diǎn)。本項(xiàng)目研究應(yīng)用二氧化碳激光焊接技術(shù)進(jìn)行差厚高強(qiáng)度鋼板的曲線焊接方法，探索焊縫及熱影響區(qū)組織成分在不同焊接工藝影響下的形成機(jī)理；研究差厚高強(qiáng)度鋼激光拼焊板的基本成形性能、拉延成形性能、脹形成形性能；建立差厚高強(qiáng)度鋼激光拼焊板的成形極限圖理論；探究高強(qiáng)度鋼激光拼焊板不同厚度組合方式、曲線焊縫布置方式影響成形件焊縫移動量、應(yīng)力應(yīng)變分布和厚度變化的規(guī)律，建立差厚高強(qiáng)度鋼激光拼焊板曲線焊縫的布置理論。.曲線焊縫差厚高強(qiáng)度鋼激光拼焊板在車身制造輕量化中極具優(yōu)勢，但其成形性能比母材明顯下降。進(jìn)行曲線焊縫差厚高強(qiáng)度鋼激光拼焊板的成形性能基礎(chǔ)研究，可以為其在車身制造中的應(yīng)用提供理論和技術(shù)指導(dǎo)。