長(zhǎng)期以來，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范用鋼僅局限于Q420強(qiáng)度等級(jí)以下的鋼材，雖然我國(guó)已試建了一些高強(qiáng)鋼桿塔結(jié)構(gòu)工程，但對(duì)此類結(jié)構(gòu)中使用高強(qiáng)度鋼材的鐵塔主材，其受壓穩(wěn)定性能的試驗(yàn)研究和理論分析仍然不足，而且也尚無專用設(shè)計(jì)此類高強(qiáng)鋼構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法。本課題采用數(shù)值模擬、試驗(yàn)研究和理論分析相結(jié)合的方法，對(duì)具有初彎曲、初偏心和初始?xì)堄鄳?yīng)力等缺陷的高強(qiáng)鋼軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定機(jī)理進(jìn)行研究。調(diào)查分析高強(qiáng)鋼桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和存在的問題；基于有限元法對(duì)軸心受壓高強(qiáng)鋼構(gòu)件受力性能進(jìn)行三維非線性仿真研究；及對(duì)具有初始缺陷的軸心受壓高強(qiáng)鋼構(gòu)件穩(wěn)定性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，深入分析影響高強(qiáng)鋼構(gòu)件受力性能的端部約束條件、失穩(wěn)模態(tài)、長(zhǎng)細(xì)比與板件寬厚比關(guān)系及截面殘余應(yīng)力分布等影響因素，著重探索高強(qiáng)度鋼材的本構(gòu)關(guān)系、截面殘余應(yīng)力模型，以及高強(qiáng)鋼軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)柱子曲線模型、寬厚比限值條件和臨界長(zhǎng)細(xì)比界限等問題，并在理論分析的基礎(chǔ)上提出實(shí)用設(shè)計(jì)方法。項(xiàng)目研究成果為闡明鋼材強(qiáng)度影響軸心受壓構(gòu)件的失穩(wěn)機(jī)制，揭示高強(qiáng)度鋼材軸心受壓構(gòu)件整體失穩(wěn)與板件局部屈曲的相關(guān)穩(wěn)定機(jī)理具有重要的意義，可為研究高強(qiáng)度鋼材的受力性能、完善高強(qiáng)度鋼材的設(shè)計(jì)理論和推廣使用高強(qiáng)度鋼材的工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。 2100433B

使用高強(qiáng)鋼能減輕結(jié)構(gòu)自重、降低造價(jià)、節(jié)約能源，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。本項(xiàng)目結(jié)合國(guó)內(nèi)外桿塔結(jié)構(gòu)的最新發(fā)展，采用數(shù)值模擬、試驗(yàn)研究和理論分析相結(jié)合的方法，深入研究高強(qiáng)鋼雙肢連接桿塔構(gòu)件受壓穩(wěn)定性能。利用能夠準(zhǔn)確模擬構(gòu)件端部約束條件和初始缺陷的數(shù)值模型，研究鋼材強(qiáng)度、截面形式、長(zhǎng)細(xì)比、板件寬厚比、幾何初始缺陷及截面殘余應(yīng)力模式等因素的影響。結(jié)合高強(qiáng)鋼截面殘余應(yīng)力測(cè)量試驗(yàn)、短柱受壓試驗(yàn)、子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)和構(gòu)件軸心受壓試驗(yàn)，著重研究高強(qiáng)鋼截面殘余應(yīng)力分布、鋼材強(qiáng)度與板件寬厚比和臨界長(zhǎng)細(xì)比關(guān)系、板件局部屈曲與構(gòu)件整體失穩(wěn)影響等問題，提出高強(qiáng)鋼雙肢連接桿塔構(gòu)件局部屈曲、整體穩(wěn)定承載能力及其相關(guān)性失穩(wěn)的設(shè)計(jì)方法。項(xiàng)目成果為闡明鋼材強(qiáng)度影響軸心受壓構(gòu)件的失穩(wěn)機(jī)制、揭示高強(qiáng)鋼軸心受壓構(gòu)件整體失穩(wěn)與板件局部失穩(wěn)的相關(guān)性定量關(guān)系、完善現(xiàn)行桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論、推廣高強(qiáng)度鋼材的工程應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)我國(guó)節(jié)能減排目標(biāo)具有重要意義。

雙肢柱是具有兩個(gè)肢桿并以腹桿相連的混凝土柱，分平腹桿、斜腹桿雙肢柱。

重型廠房吊車起重量大于30t.一般就要設(shè)計(jì)雙肢柱,高柱為屋架支座,低柱為吊車梁支座,兩柱之間用薄壁聯(lián)成一個(gè)構(gòu)件,稱為雙肢柱。2100433B

本項(xiàng)目采用試驗(yàn)研究、有限元數(shù)值模擬和理論分析相結(jié)合的方法，研究不銹鋼構(gòu)件的局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定承載性能，并提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。 本項(xiàng)目主要針對(duì)建筑工程中常用的奧氏體以及雙相體不銹鋼焊接截面類型（工字形和箱形），研究了不銹鋼軸心受壓構(gòu)件的殘余應(yīng)力分布、局部穩(wěn)定和整體穩(wěn)定。針對(duì)局部穩(wěn)定承載性能，改進(jìn)現(xiàn)有局部穩(wěn)定承載力的計(jì)算公式；對(duì)于整體穩(wěn)定承載性能，提出不銹鋼軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定承載力的計(jì)算公式和相應(yīng)的柱子曲線。 主要包括以下三方面內(nèi)容： （1）對(duì)焊接加工的10個(gè)工字形和8個(gè)箱形截面不銹鋼試件的殘余應(yīng)力大小與分布形態(tài)采用割條法進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn)量測(cè)，并對(duì)量測(cè)結(jié)果進(jìn)行歸納總結(jié)分析。提出構(gòu)件殘余應(yīng)力分布模型。此外對(duì)ECCS所建議的分布模型進(jìn)行了修正，提出了殘余應(yīng)力建議簡(jiǎn)化分布模型圖。 （2）針對(duì)不銹鋼構(gòu)件的局部穩(wěn)定問題，首先通過試驗(yàn)得到不銹鋼材料的力學(xué)特性。同時(shí)對(duì)短柱試件的幾何初始缺陷進(jìn)行了測(cè)量。然后對(duì)28個(gè)工字形和箱形截面不銹鋼短柱試件進(jìn)行了軸心加載試驗(yàn)。所有試件的破壞形態(tài)均為組成板件發(fā)生局部屈曲失效，同時(shí)試件截面的加載應(yīng)力-應(yīng)變曲線表現(xiàn)出典型的非線性特性。基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了有限元模型，對(duì)不銹鋼構(gòu)件局部穩(wěn)定進(jìn)行參數(shù)分析，有限元模型考慮不銹鋼非線性材料力學(xué)性能、截面焊接殘余應(yīng)力、構(gòu)件的局部幾何初始缺陷等因素對(duì)局部穩(wěn)定的影響，同時(shí)通過參數(shù)分析結(jié)果對(duì)截面中的加勁和非加勁板件提出了受壓臨界寬厚比建議取值，并給出了建議有效寬度法公式以及直接強(qiáng)度法公式。 （3）對(duì)于不銹鋼構(gòu)件的整體穩(wěn)定問題，首先對(duì)試驗(yàn)采用的不銹鋼試件的幾何初始缺陷進(jìn)行了測(cè)量。然后對(duì)22個(gè)工字形和12個(gè)箱形截面不銹鋼試件進(jìn)行了軸心加載試驗(yàn)，試件均發(fā)生了整體失穩(wěn)，個(gè)別繞強(qiáng)軸失穩(wěn)的工字形構(gòu)件出現(xiàn)了部分扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。采用經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證的有限元方法對(duì)不銹鋼軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性進(jìn)行參數(shù)分析。參數(shù)分析過程中確定了構(gòu)件幾何初始缺陷、截面殘余應(yīng)力、材料力學(xué)性能、截面寬厚比以及長(zhǎng)細(xì)比對(duì)對(duì)構(gòu)件的整體穩(wěn)定承載力有影響。通過對(duì)參數(shù)分析結(jié)果提出了柱子曲線并提出了三段式計(jì)算方法。 本項(xiàng)目通過試驗(yàn)研究結(jié)合有限元參數(shù)分析的方法對(duì)不銹鋼構(gòu)件的截面殘余應(yīng)力分布、構(gòu)件的局部穩(wěn)定以及整體穩(wěn)定問題進(jìn)行了研究。得到的結(jié)論均進(jìn)行了試驗(yàn)以及當(dāng)前不銹鋼規(guī)范的驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明此結(jié)論可對(duì)不銹鋼構(gòu)件的局部穩(wěn)定、整體穩(wěn)定承載力有更好的預(yù)測(cè)，并可對(duì)當(dāng)前規(guī)范進(jìn)行補(bǔ)充和修正。 2100433B

:

一、偏心受壓構(gòu)件的破壞特征

許多偏心受壓短柱試驗(yàn)表明，當(dāng)相對(duì)偏心距較大，且受拉鋼筋配筋率較小時(shí)，偏心受壓構(gòu)件的破壞是由于受拉鋼筋首先達(dá)到屈服強(qiáng)度而導(dǎo)致受壓混凝土壓碎，這一破壞稱為大偏心受壓破壞。其臨近破壞時(shí)有明顯的征兆，橫向裂縫開展顯著，構(gòu)件的承載力取決于受拉鋼筋的強(qiáng)度和數(shù)量。

當(dāng)相對(duì)偏心距較小，或雖然相對(duì)偏心距較大，但構(gòu)件配置的受拉鋼筋較多時(shí)，就有可能首先使受壓區(qū)混凝土先被壓碎。在通常情況下，靠近軸力作用一側(cè)的混凝土先被壓壞，受壓鋼筋的應(yīng)力也能達(dá)到抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度；而離軸向力較遠(yuǎn)一側(cè)的鋼筋仍可能受拉但并未達(dá)到屈服，但也可能仍處于受壓狀態(tài)。臨破壞時(shí)，受壓區(qū)高度略有增加，破壞時(shí)無明顯預(yù)兆。這種破壞屬于小偏心受壓破壞。

上述二種破壞形態(tài)可由相對(duì)受壓區(qū)高度來界定。如偏心受壓構(gòu)件的截面(矩形)應(yīng)變分布，其中ab線表示在大偏心受壓狀態(tài)下的截面應(yīng)變狀態(tài)。隨著縱向壓力的偏心矩減小或受拉鋼筋配筋率的增加，在破壞時(shí)形成ac所示的應(yīng)變分布狀態(tài)，即當(dāng)受拉鋼筋達(dá)到屈服應(yīng)變ey時(shí)，受壓邊緣混凝土也剛好達(dá)到極限壓應(yīng)變值ehmax=0．003，這就是界限狀態(tài)。若偏心距進(jìn)一步減小或受拉鋼筋配筋量進(jìn)一步增大，則截面破壞時(shí)將形成ab所示的受拉鋼筋達(dá)不到屈服的小偏心受壓狀態(tài)。

當(dāng)進(jìn)入全截面受壓狀態(tài)后，混凝土受壓較大一側(cè)的邊緣極限壓應(yīng)變將隨著縱向壓力N的偏心距減小而逐步下降，其截面應(yīng)變分布如(ae和a"f所示順序變化，在變化的過程中，受壓邊緣的極限壓應(yīng)變將由o．003逐步下降到接近軸心受壓時(shí)的0．002。

以上分析表明，可用受壓區(qū)界限高度xjg或受壓區(qū)高度界限系數(shù)乙來判別兩種不同偏心受壓的破壞形態(tài)：

當(dāng)ζ≤ζjg時(shí)，截面為大偏心受壓破壞；

當(dāng)ζ>ζjg時(shí)，截面為小偏心受壓破壞。

偏心受壓構(gòu)件是彎矩(M)和軸壓力(N)共同作用的構(gòu)件，由于M和N對(duì)構(gòu)件的作用，彼此是相互影響、相互牽制的。例如小偏壓構(gòu)件，增加軸壓力將會(huì)使構(gòu)件的抗彎能力減小；但大偏壓時(shí)，軸壓力的增加，卻會(huì)使構(gòu)件的抗彎能力提高；在界限狀態(tài)時(shí)，一般可使偏壓構(gòu)件抵抗彎矩的能力達(dá)到最大值。