Q690鋼柱靜力承載與抗震設計方法研究

高強度結構鋼在建筑工程中的應用不僅能有效節(jié)約用鋼，還能為大型復雜結構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)生產了Q460~Q960高強度結構鋼，但其設計和應用尚缺少相應的理論依據和研究成果支持。本項目進行了Q690鋼單調和反復加載材性試驗、Q690鋼焊接寬翼緣H形截面構件的殘余應力測試試驗、Q690鋼焊接寬翼緣H形截面柱受壓極限承載力試驗和水平反復加載試驗；基于試驗結果提出了材料本構模型、滯回模型、累積損傷模型、殘余應力分布模型、Q690鋼柱的滯回模型；通過將驗結果與殘余應力數(shù)值模擬模型、鋼柱受壓極限承載力和水平反復加載數(shù)值模擬結果對比驗證了數(shù)值模型，采用驗證后的數(shù)值模型進行了系統(tǒng)的參數(shù)分析，總結歸納了各參數(shù)對鋼柱極限承載力、單調和反復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算和設計方法。 2100433B

高強度結構鋼的應用可有效節(jié)約用鋼，為復雜結構提供合理解決方案。近年來，我國鋼鐵企業(yè)已研發(fā)生產了Q460~Q960高強度結構鋼，但其設計和應用尚缺少理論依據和研究成果支持。本項目擬進行Q690鋼單調和反復加載材性試驗、Q690鋼焊接寬翼緣H形截面構件的殘余應力測試試驗、Q690鋼焊接寬翼緣H形截面柱受壓極限承載力試驗和水平反復加載試驗；以得到Q690鋼的基本力學參數(shù)及其統(tǒng)計參數(shù)、材料本構模型、滯回模型、累積損傷模型、殘余應力分布模型、Q690鋼柱的滯回模型；將各試驗結果與殘余應力數(shù)值模擬模型、鋼柱受壓極限承載力和水平反復加載數(shù)值模擬模型進行對比驗證，采用驗證后的數(shù)值模型進行系統(tǒng)的參數(shù)分析，總結歸納各參數(shù)對鋼柱極限承載力、單調和反復加載下鋼柱延性能力的影響規(guī)律；對照常規(guī)Q235、Q345鋼柱的延性能力與目標可靠指標和地震作用要求的對應關系，最終提出Q690鋼柱靜力承載與抗震的計算和設計方法。

本項目結合實際工程應用，選取建筑結構領域中常用牌號的不銹鋼材料（奧氏體型和雙相型），研究內容主要包括：不鋼材料的本構模型、滯回性能和微觀斷裂預測模型；不同截面形式壓彎構件靜力荷載作用下的承載性能和承載力計算方法；不同截面形式壓彎構件的滯回性能和抗震性能三個方面。具體如下： （1）基于不銹鋼的微觀斷裂機理，以大量的試驗研究為基礎，結合數(shù)值計算和理論分析，從不銹鋼圓棒和典型構造對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測模型，并標定了斷裂韌性參數(shù)及損傷系數(shù)。 （2）開展了30個焊接不銹鋼壓彎構件靜力加載試驗。通過一系列試驗、有限元和理論研究對焊接不銹鋼壓彎構件的穩(wěn)定性能進行了系統(tǒng)深入的研究。將試驗和數(shù)值模擬結果同歐洲規(guī)范EN 1993-1-4、美國規(guī)范SEI/ASCE 8-02 (2002)、中國規(guī)范CECS 410:2015《不銹鋼結構技術規(guī)程》和日本不銹鋼建筑結構設計標準進行對比，并提出改進的承載力計算方法。 （3）設計并完成對18個不銹鋼壓彎構件的循環(huán)加載試驗。通過試驗和有限元研究對不銹鋼壓彎構件的滯回性能進行了系統(tǒng)深入的研究，結合試驗研究和有限元數(shù)值模擬，分析寬厚比與軸壓比對構件滯回性能的影響，并在試驗和有限元的基礎上提出不銹鋼材工形截面和等邊箱形截面壓彎構件板件寬厚比限值建議值，為不銹鋼結構抗震設計提供參考。 項目的研究完善了不銹鋼結構計算方法和設計理論，研究成果為不銹鋼結構的工程應用提供有效的科學依據，為我國不銹鋼規(guī)范、規(guī)程的完善提供一定的借鑒，同時對促進發(fā)展低碳經濟、實現(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，以及高、低溫下力學性能相對穩(wěn)定的特點。不銹鋼材料能夠從根本上解決鋼結構的銹蝕問題，有效降低結構的維護成本和延長結構的使用壽命，從而降低結構的全生命周期成本，使得不銹鋼結構在一定的使用環(huán)境下具有較強的競爭力，其在工程中的應用也日益增多。由于不銹鋼材料的非線性受力特征，導致用于普通鋼結構構件的設計計算方法不再適用。本項目擬對不銹鋼焊接截面壓彎構件的承載性能進行深入研究，主要研究內容包括：不銹鋼材料的本構模型、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件的殘余應力分布情況；不同截面形式不銹鋼壓彎構件靜力荷載作用下的承載性能以及低周往復荷載下的滯回性能和抗震性能。最終進行總結分析，提出不銹鋼壓彎構件的靜力承載計算方法和抗震設計方法，研究成果可以為不銹鋼結構的工程應用提供一定的科學依據。

鋼柱分為很多種，最常見的為廠房鋼柱和高建鋼柱。其中高建項目的鋼柱俗稱“鋼骨柱”，其作用是用于支撐整個建筑物的核心。而高建鋼柱常見的有箱形柱，十字柱，圓管柱。

其中高建鋼柱是型鋼混凝土結構是在鋼結構柱、梁周圍配置鋼筋，澆筑混凝土，鋼構件同混凝土連成一體，共同作用的一種結構。這種結構具有鋼結構和鋼筋砼結構的雙重優(yōu)點，充分發(fā)揮了砼受壓和鋼材受拉兩種不同材料的特性。同時降低梁、柱截面，大大提高建筑物的利用空間。