長期以來，我國鋼結構規范用鋼僅局限于Q420強度等級以下的鋼材，雖然我國已試建了一些高強鋼桿塔結構工程，但對此類結構中使用高強度鋼材的鐵塔主材，其受壓穩定性能的試驗研究和理論分析仍然不足，而且也尚無專用設計此類高強鋼構件的設計方法。本課題采用數值模擬、試驗研究和理論分析相結合的方法，對具有初彎曲、初偏心和初始殘余應力等缺陷的高強鋼軸心受壓構件的穩定機理進行研究。調查分析高強鋼桿塔結構設計特點和存在的問題；基于有限元法對軸心受壓高強鋼構件受力性能進行三維非線性仿真研究；及對具有初始缺陷的軸心受壓高強鋼構件穩定性能進行試驗研究，深入分析影響高強鋼構件受力性能的端部約束條件、失穩模態、長細比與板件寬厚比關系及截面殘余應力分布等影響因素，著重探索高強度鋼材的本構關系、截面殘余應力模型，以及高強鋼軸心受壓構件穩定系數柱子曲線模型、寬厚比限值條件和臨界長細比界限等問題，并在理論分析的基礎上提出實用設計方法。項目研究成果為闡明鋼材強度影響軸心受壓構件的失穩機制，揭示高強度鋼材軸心受壓構件整體失穩與板件局部屈曲的相關穩定機理具有重要的意義，可為研究高強度鋼材的受力性能、完善高強度鋼材的設計理論和推廣使用高強度鋼材的工程應用提供理論依據。 2100433B

使用高強鋼能減輕結構自重、降低造價、節約能源，具有良好的經濟和社會效益。本項目結合國內外桿塔結構的最新發展，采用數值模擬、試驗研究和理論分析相結合的方法，深入研究高強鋼雙肢連接桿塔構件受壓穩定性能。利用能夠準確模擬構件端部約束條件和初始缺陷的數值模型，研究鋼材強度、截面形式、長細比、板件寬厚比、幾何初始缺陷及截面殘余應力模式等因素的影響。結合高強鋼截面殘余應力測量試驗、短柱受壓試驗、子結構試驗和構件軸心受壓試驗，著重研究高強鋼截面殘余應力分布、鋼材強度與板件寬厚比和臨界長細比關系、板件局部屈曲與構件整體失穩影響等問題，提出高強鋼雙肢連接桿塔構件局部屈曲、整體穩定承載能力及其相關性失穩的設計方法。項目成果為闡明鋼材強度影響軸心受壓構件的失穩機制、揭示高強鋼軸心受壓構件整體失穩與板件局部失穩的相關性定量關系、完善現行桿塔結構設計理論、推廣高強度鋼材的工程應用和實現我國節能減排目標具有重要意義。

雙肢柱是具有兩個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.一般就要設計雙肢柱,高柱為屋架支座,低柱為吊車梁支座,兩柱之間用薄壁聯成一個構件,稱為雙肢柱。2100433B

本項目采用試驗研究、有限元數值模擬和理論分析相結合的方法，研究不銹鋼構件的局部穩定性和整體穩定承載性能，并提出了相應的設計計算方法。 本項目主要針對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件的殘余應力分布、局部穩定和整體穩定。針對局部穩定承載性能，改進現有局部穩定承載力的計算公式；對于整體穩定承載性能，提出不銹鋼軸心受壓構件整體穩定承載力的計算公式和相應的柱子曲線。 主要包括以下三方面內容： （1）對焊接加工的10個工字形和8個箱形截面不銹鋼試件的殘余應力大小與分布形態采用割條法進行實際試驗量測，并對量測結果進行歸納總結分析。提出構件殘余應力分布模型。此外對ECCS所建議的分布模型進行了修正，提出了殘余應力建議簡化分布模型圖。 （2）針對不銹鋼構件的局部穩定問題，首先通過試驗得到不銹鋼材料的力學特性。同時對短柱試件的幾何初始缺陷進行了測量。然后對28個工字形和箱形截面不銹鋼短柱試件進行了軸心加載試驗。所有試件的破壞形態均為組成板件發生局部屈曲失效，同時試件截面的加載應力-應變曲線表現出典型的非線性特性?；谠囼灁祿炞C了有限元模型，對不銹鋼構件局部穩定進行參數分析，有限元模型考慮不銹鋼非線性材料力學性能、截面焊接殘余應力、構件的局部幾何初始缺陷等因素對局部穩定的影響，同時通過參數分析結果對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度法公式。 （3）對于不銹鋼構件的整體穩定問題，首先對試驗采用的不銹鋼試件的幾何初始缺陷進行了測量。然后對22個工字形和12個箱形截面不銹鋼試件進行了軸心加載試驗，試件均發生了整體失穩，個別繞強軸失穩的工字形構件出現了部分扭轉的現象。采用經試驗驗證的有限元方法對不銹鋼軸心受壓構件的整體穩定性進行參數分析。參數分析過程中確定了構件幾何初始缺陷、截面殘余應力、材料力學性能、截面寬厚比以及長細比對對構件的整體穩定承載力有影響。通過對參數分析結果提出了柱子曲線并提出了三段式計算方法。 本項目通過試驗研究結合有限元參數分析的方法對不銹鋼構件的截面殘余應力分布、構件的局部穩定以及整體穩定問題進行了研究。得到的結論均進行了試驗以及當前不銹鋼規范的驗證，驗證結果表明此結論可對不銹鋼構件的局部穩定、整體穩定承載力有更好的預測，并可對當前規范進行補充和修正。 2100433B

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一、偏心受壓構件的破壞特征

許多偏心受壓短柱試驗表明，當相對偏心距較大，且受拉鋼筋配筋率較小時，偏心受壓構件的破壞是由于受拉鋼筋首先達到屈服強度而導致受壓混凝土壓碎，這一破壞稱為大偏心受壓破壞。其臨近破壞時有明顯的征兆，橫向裂縫開展顯著，構件的承載力取決于受拉鋼筋的強度和數量。

當相對偏心距較小，或雖然相對偏心距較大，但構件配置的受拉鋼筋較多時，就有可能首先使受壓區混凝土先被壓碎。在通常情況下，靠近軸力作用一側的混凝土先被壓壞，受壓鋼筋的應力也能達到抗壓設計強度；而離軸向力較遠一側的鋼筋仍可能受拉但并未達到屈服，但也可能仍處于受壓狀態。臨破壞時，受壓區高度略有增加，破壞時無明顯預兆。這種破壞屬于小偏心受壓破壞。

上述二種破壞形態可由相對受壓區高度來界定。如偏心受壓構件的截面(矩形)應變分布，其中ab線表示在大偏心受壓狀態下的截面應變狀態。隨著縱向壓力的偏心矩減小或受拉鋼筋配筋率的增加，在破壞時形成ac所示的應變分布狀態，即當受拉鋼筋達到屈服應變ey時，受壓邊緣混凝土也剛好達到極限壓應變值ehmax=0．003，這就是界限狀態。若偏心距進一步減小或受拉鋼筋配筋量進一步增大，則截面破壞時將形成ab所示的受拉鋼筋達不到屈服的小偏心受壓狀態。

當進入全截面受壓狀態后，混凝土受壓較大一側的邊緣極限壓應變將隨著縱向壓力N的偏心距減小而逐步下降，其截面應變分布如(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變將由o．003逐步下降到接近軸心受壓時的0．002。

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

當ζ≤ζjg時，截面為大偏心受壓破壞；

當ζ>ζjg時，截面為小偏心受壓破壞。

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