Q690鋼柱靜力承載與抗震設(shè)計方法研究結(jié)題摘要

高強度結(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高強度結(jié)構(gòu)鋼，但其設(shè)計和應(yīng)用尚缺少相應(yīng)的理論依據(jù)和研究成果支持。本項目進(jìn)行了Q690鋼單調(diào)和反復(fù)加載材性試驗、Q690鋼焊接寬翼緣H形截面構(gòu)件的殘余應(yīng)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(fù)加載試驗；基于試驗結(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)果對比驗證了數(shù)值模型，采用驗證后的數(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算和設(shè)計方法。 2100433B

高強度結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用可有效節(jié)約用鋼，為復(fù)雜結(jié)構(gòu)提供合理解決方案。近年來，我國鋼鐵企業(yè)已研發(fā)生產(chǎn)了Q460~Q960高強度結(jié)構(gòu)鋼，但其設(shè)計和應(yīng)用尚缺少理論依據(jù)和研究成果支持。本項目擬進(jìn)行Q690鋼單調(diào)和反復(fù)加載材性試驗、Q690鋼焊接寬翼緣H形截面構(gòu)件的殘余應(yīng)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(fù)加載試驗；以得到Q690鋼的基本力學(xué)參數(shù)及其統(tǒng)計參數(shù)、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；將各試驗結(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)值模擬模型進(jìn)行對比驗證，采用驗證后的數(shù)值模型進(jìn)行系統(tǒng)的參數(shù)分析，總結(jié)歸納各參數(shù)對鋼柱極限承載力、單調(diào)和反復(fù)加載下鋼柱延性能力的影響規(guī)律；對照常規(guī)Q235、Q345鋼柱的延性能力與目標(biāo)可靠指標(biāo)和地震作用要求的對應(yīng)關(guān)系，最終提出Q690鋼柱靜力承載與抗震的計算和設(shè)計方法。

本項目結(jié)合實際工程應(yīng)用，選取建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中常用牌號的不銹鋼材料（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(chǔ)，結(jié)合數(shù)值計算和理論分析，從不銹鋼圓棒和典型構(gòu)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(yù)測模型，并標(biāo)定了斷裂韌性參數(shù)及損傷系數(shù)。 （2）開展了30個焊接不銹鋼壓彎構(gòu)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(gòu)件的穩(wěn)定性能進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。將試驗和數(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)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，并提出改進(jìn)的承載力計算方法。 （3）設(shè)計并完成對18個不銹鋼壓彎構(gòu)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(gòu)件的滯回性能進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，結(jié)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(gòu)件滯回性能的影響，并在試驗和有限元的基礎(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)計提供參考。 項目的研究完善了不銹鋼結(jié)構(gòu)計算方法和設(shè)計理論，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，同時對促進(jìn)發(fā)展低碳經(jīng)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(xué)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(jié)構(gòu)的銹蝕問題，有效降低結(jié)構(gòu)的維護成本和延長結(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)境下具有較強的競爭力，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)計計算方法不再適用。本項目擬對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)件的靜力承載計算方法和抗震設(shè)計方法，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)。

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(jié)構(gòu)是在鋼結(jié)構(gòu)柱、梁周圍配置鋼筋，澆筑混凝土，鋼構(gòu)件同混凝土連成一體，共同作用的一種結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)具有鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋砼結(jié)構(gòu)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。