Q690钢柱静力承载与抗震设计方法研究结题摘要

高强度结构钢在建筑工程中的应用不仅能有效节约用钢，还能为大型复杂结构提供更为合理的解决方案。近年来，我国钢铁企业已研发生产了Q460~Q960高强度结构钢，但其设计和应用尚缺少相应的理论依据和研究成果支持。本项目进行了Q690钢单调和反复加载材性试验、Q690钢焊接宽翼缘H形截面构件的残余应力测试试验、Q690钢焊接宽翼缘H形截面柱受压极限承载力试验和水平反复加载试验；基于试验结果提出了材料本构模型、滞回模型、累积损伤模型、残余应力分布模型、Q690钢柱的滞回模型；通过将验结果与残余应力数值模拟模型、钢柱受压极限承载力和水平反复加载数值模拟结果对比验证了数值模型，采用验证后的数值模型进行了系统的参数分析，总结归纳了各参数对钢柱极限承载力、单调和反复加载下钢柱延性能力的影响规律，最终提出了Q690钢柱静力承载与抗震的计算和设计方法。 2100433B

高强度结构钢的应用可有效节约用钢，为复杂结构提供合理解决方案。近年来，我国钢铁企业已研发生产了Q460~Q960高强度结构钢，但其设计和应用尚缺少理论依据和研究成果支持。本项目拟进行Q690钢单调和反复加载材性试验、Q690钢焊接宽翼缘H形截面构件的残余应力测试试验、Q690钢焊接宽翼缘H形截面柱受压极限承载力试验和水平反复加载试验；以得到Q690钢的基本力学参数及其统计参数、材料本构模型、滞回模型、累积损伤模型、残余应力分布模型、Q690钢柱的滞回模型；将各试验结果与残余应力数值模拟模型、钢柱受压极限承载力和水平反复加载数值模拟模型进行对比验证，采用验证后的数值模型进行系统的参数分析，总结归纳各参数对钢柱极限承载力、单调和反复加载下钢柱延性能力的影响规律；对照常规Q235、Q345钢柱的延性能力与目标可靠指标和地震作用要求的对应关系，最终提出Q690钢柱静力承载与抗震的计算和设计方法。

本项目结合实际工程应用，选取建筑结构领域中常用牌号的不锈钢材料（奥氏体型和双相型），研究内容主要包括：不钢材料的本构模型、滞回性能和微观断裂预测模型；不同截面形式压弯构件静力荷载作用下的承载性能和承载力计算方法；不同截面形式压弯构件的滞回性能和抗震性能三个方面。具体如下： （1）基于不锈钢的微观断裂机理，以大量的试验研究为基础，结合数值计算和理论分析，从不锈钢圆棒和典型构造对不锈钢材料的断裂性能展开了系统研究，得到材料的滞回模型，建立不锈钢材料微观断裂预测模型，并标定了断裂韧性参数及损伤系数。 （2）开展了30个焊接不锈钢压弯构件静力加载试验。通过一系列试验、有限元和理论研究对焊接不锈钢压弯构件的稳定性能进行了系统深入的研究。将试验和数值模拟结果同欧洲规范EN 1993-1-4、美国规范SEI/ASCE 8-02 (2002)、中国规范CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》和日本不锈钢建筑结构设计标准进行对比，并提出改进的承载力计算方法。 （3）设计并完成对18个不锈钢压弯构件的循环加载试验。通过试验和有限元研究对不锈钢压弯构件的滞回性能进行了系统深入的研究，结合试验研究和有限元数值模拟，分析宽厚比与轴压比对构件滞回性能的影响，并在试验和有限元的基础上提出不锈钢材工形截面和等边箱形截面压弯构件板件宽厚比限值建议值，为不锈钢结构抗震设计提供参考。 项目的研究完善了不锈钢结构计算方法和设计理论，研究成果为不锈钢结构的工程应用提供有效的科学依据，为我国不锈钢规范、规程的完善提供一定的借鉴，同时对促进发展低碳经济、实现可持续发展具有一定的意义。 2100433B

与普通钢材相比，不锈钢材料具有抗腐蚀性和耐久性好的突出优点，以及高、低温下力学性能相对稳定的特点。不锈钢材料能够从根本上解决钢结构的锈蚀问题，有效降低结构的维护成本和延长结构的使用寿命，从而降低结构的全生命周期成本，使得不锈钢结构在一定的使用环境下具有较强的竞争力，其在工程中的应用也日益增多。由于不锈钢材料的非线性受力特征，导致用于普通钢结构构件的设计计算方法不再适用。本项目拟对不锈钢焊接截面压弯构件的承载性能进行深入研究，主要研究内容包括：不锈钢材料的本构模型、滞回性能和累积损伤性能；不锈钢焊接箱型和焊接工字型截面构件的残余应力分布情况；不同截面形式不锈钢压弯构件静力荷载作用下的承载性能以及低周往复荷载下的滞回性能和抗震性能。最终进行总结分析，提出不锈钢压弯构件的静力承载计算方法和抗震设计方法，研究成果可以为不锈钢结构的工程应用提供一定的科学依据。

钢柱分为很多种，最常见的为厂房钢柱和高建钢柱。其中高建项目的钢柱俗称“钢骨柱”，其作用是用于支撑整个建筑物的核心。而高建钢柱常见的有箱形柱，十字柱，圆管柱。

其中高建钢柱是型钢混凝土结构是在钢结构柱、梁周围配置钢筋，浇筑混凝土，钢构件同混凝土连成一体，共同作用的一种结构。这种结构具有钢结构和钢筋砼结构的双重优点，充分发挥了砼受压和钢材受拉两种不同材料的特性。同时降低梁、柱截面，大大提高建筑物的利用空间。