不銹鋼壓彎構(gòu)件靜力承載計(jì)算與抗震設(shè)計(jì)方法研究

本項(xiàng)目結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用，選取建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中常用牌號(hào)的不銹鋼材料（奧氏體型和雙相型），研究內(nèi)容主要包括：不鋼材料的本構(gòu)模型、滯回性能和微觀斷裂預(yù)測(cè)模型；不同截面形式壓彎構(gòu)件靜力荷載作用下的承載性能和承載力計(jì)算方法；不同截面形式壓彎構(gòu)件的滯回性能和抗震性能三個(gè)方面。具體如下： （1）基于不銹鋼的微觀斷裂機(jī)理，以大量的試驗(yàn)研究為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)值計(jì)算和理論分析，從不銹鋼圓棒和典型構(gòu)造對(duì)不銹鋼材料的斷裂性能展開了系統(tǒng)研究，得到材料的滯回模型，建立不銹鋼材料微觀斷裂預(yù)測(cè)模型，并標(biāo)定了斷裂韌性參數(shù)及損傷系數(shù)。 （2）開展了30個(gè)焊接不銹鋼壓彎構(gòu)件靜力加載試驗(yàn)。通過一系列試驗(yàn)、有限元和理論研究對(duì)焊接不銹鋼壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定性能進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。將試驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果同歐洲規(guī)范EN 1993-1-4、美國規(guī)范SEI/ASCE 8-02 (2002)、中國規(guī)范CECS 410:2015《不銹鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》和日本不銹鋼建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，并提出改進(jìn)的承載力計(jì)算方法。 （3）設(shè)計(jì)并完成對(duì)18個(gè)不銹鋼壓彎構(gòu)件的循環(huán)加載試驗(yàn)。通過試驗(yàn)和有限元研究對(duì)不銹鋼壓彎構(gòu)件的滯回性能進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，結(jié)合試驗(yàn)研究和有限元數(shù)值模擬，分析寬厚比與軸壓比對(duì)構(gòu)件滯回性能的影響，并在試驗(yàn)和有限元的基礎(chǔ)上提出不銹鋼材工形截面和等邊箱形截面壓彎構(gòu)件板件寬厚比限值建議值，為不銹鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)提供參考。 項(xiàng)目的研究完善了不銹鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算方法和設(shè)計(jì)理論，研究成果為不銹鋼結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用提供有效的科學(xué)依據(jù)，為我國不銹鋼規(guī)范、規(guī)程的完善提供一定的借鑒，同時(shí)對(duì)促進(jìn)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有一定的意義。 2100433B

與普通鋼材相比，不銹鋼材料具有抗腐蝕性和耐久性好的突出優(yōu)點(diǎn)，以及高、低溫下力學(xué)性能相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)。不銹鋼材料能夠從根本上解決鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕問題，有效降低結(jié)構(gòu)的維護(hù)成本和延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，從而降低結(jié)構(gòu)的全生命周期成本，使得不銹鋼結(jié)構(gòu)在一定的使用環(huán)境下具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，其在工程中的應(yīng)用也日益增多。由于不銹鋼材料的非線性受力特征，導(dǎo)致用于普通鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算方法不再適用。本項(xiàng)目擬對(duì)不銹鋼焊接截面壓彎構(gòu)件的承載性能進(jìn)行深入研究，主要研究內(nèi)容包括：不銹鋼材料的本構(gòu)模型、滯回性能和累積損傷性能；不銹鋼焊接箱型和焊接工字型截面構(gòu)件的殘余應(yīng)力分布情況；不同截面形式不銹鋼壓彎構(gòu)件靜力荷載作用下的承載性能以及低周往復(fù)荷載下的滯回性能和抗震性能。最終進(jìn)行總結(jié)分析，提出不銹鋼壓彎構(gòu)件的靜力承載計(jì)算方法和抗震設(shè)計(jì)方法，研究成果可以為不銹鋼結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用提供一定的科學(xué)依據(jù)。

防止結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因臨界截面材料強(qiáng)度被超過而破壞或因過度的變形而不適于繼續(xù)承載的計(jì)算。分構(gòu)件受壓、受拉、受彎、受剪、受扭、局部受壓、沖切等計(jì)算。2100433B

薄壁不銹鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)用日趨廣泛，然而針對(duì)其各類失穩(wěn)性能的研究尚不完善。薄壁構(gòu)件的設(shè)計(jì)理論近年來也取得了新進(jìn)展。本課題工作重點(diǎn)為薄壁不銹鋼壓彎構(gòu)件的耦合穩(wěn)定承載力及基于新設(shè)計(jì)理論的設(shè)計(jì)方法研究，作為相關(guān)的基礎(chǔ)性研究工作還涵蓋了不銹鋼受彎構(gòu)件純畸變失穩(wěn)破壞及設(shè)計(jì)方法、空翼緣構(gòu)件整體-畸變耦合失穩(wěn)性能研究。 開展了卷邊C型不銹鋼截面僅受畸變失穩(wěn)控制時(shí)的破壞性能研究，進(jìn)行了冷軋板材材性測(cè)試、幾何缺陷高精度測(cè)量、側(cè)向限位彎曲試驗(yàn)?；贏BAQUS開發(fā)了精細(xì)化數(shù)值模型、以試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)并展開參數(shù)分析。結(jié)合試驗(yàn)及模擬數(shù)據(jù)總結(jié)畸變失穩(wěn)承載力隨材性、截面形式、截面柔度的變化規(guī)律，探討了以受壓翼緣與腹板交界處的應(yīng)變監(jiān)測(cè)判斷畸變失穩(wěn)點(diǎn)的實(shí)用方法。以直接強(qiáng)度法擬合得到了適用于C型和Z型不銹鋼構(gòu)件畸變失穩(wěn)承載力的設(shè)計(jì)公式。相關(guān)成果已發(fā)表國際會(huì)議論文一篇，另有兩篇期刊文章已完稿。以上述精細(xì)化模型為基礎(chǔ)進(jìn)行拓展參數(shù)分析，研究不銹鋼空翼緣截面畸變-整體耦合失穩(wěn)性能，探討該類構(gòu)件耦合失穩(wěn)的設(shè)計(jì)方法，相關(guān)成果已發(fā)表國際會(huì)議論文一篇。 不銹鋼壓彎構(gòu)件耦合失穩(wěn)研究包括系列精細(xì)化試驗(yàn)、數(shù)值建模及參數(shù)分析、設(shè)計(jì)理論及方法研究。試驗(yàn)選取卷邊C形、I型及矩形截面構(gòu)件，分別反映局部-整體、畸變-整體耦合失穩(wěn)效應(yīng)。試驗(yàn)中引入鋼材材性、截面柔度、構(gòu)件柔度、等效加載偏心等變化因素。受國內(nèi)市場(chǎng)供應(yīng)情況限制，前期規(guī)劃的低鎳雙相體S32101不銹鋼小批量采購始終未能實(shí)現(xiàn)，只得采用雙向體S32205板材替代。試驗(yàn)所用的專用加載、缺陷測(cè)量裝置均有較高精度要求、需專門加工。上述工作過程中若干非預(yù)期因素造成試驗(yàn)研究進(jìn)度滯后于計(jì)劃，當(dāng)前有一部分構(gòu)件試驗(yàn)仍在進(jìn)行中。數(shù)值建模和設(shè)計(jì)理論研究也同步進(jìn)行，已梳理壓彎構(gòu)件設(shè)計(jì)理論框架及兩種具體設(shè)計(jì)思路。相關(guān)成果目前已申請(qǐng)發(fā)明專利一件，一篇期刊文章撰稿中，后續(xù)研究成果還將有2~3篇論文發(fā)表。 2100433B

高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼在建筑工程中的應(yīng)用不僅能有效節(jié)約用鋼，還能為大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)提供更為合理的解決方案。近年來，我國鋼鐵企業(yè)已研發(fā)生產(chǎn)了Q460~Q960高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，但其設(shè)計(jì)和應(yīng)用尚缺少相應(yīng)的理論依據(jù)和研究成果支持。本項(xiàng)目進(jìn)行了Q690鋼單調(diào)和反復(fù)加載材性試驗(yàn)、Q690鋼焊接寬翼緣H形截面構(gòu)件的殘余應(yīng)力測(cè)試試驗(yàn)、Q690鋼焊接寬翼緣H形截面柱受壓極限承載力試驗(yàn)和水平反復(fù)加載試驗(yàn)；基于試驗(yàn)結(jié)果提出了材料本構(gòu)模型、滯回模型、累積損傷模型、殘余應(yīng)力分布模型、Q690鋼柱的滯回模型；通過將驗(yàn)結(jié)果與殘余應(yīng)力數(shù)值模擬模型、鋼柱受壓極限承載力和水平反復(fù)加載數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證了數(shù)值模型，采用驗(yàn)證后的數(shù)值模型進(jìn)行了系統(tǒng)的參數(shù)分析，總結(jié)歸納了各參數(shù)對(duì)鋼柱極限承載力、單調(diào)和反復(fù)加載下鋼柱延性能力的影響規(guī)律，最終提出了Q690鋼柱靜力承載與抗震的計(jì)算和設(shè)計(jì)方法。 2100433B