使用高強(qiáng)鋼能減輕結(jié)構(gòu)自重、降低造價、節(jié)約能源，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。本項目結(jié)合國內(nèi)外桿塔結(jié)構(gòu)的最新發(fā)展，采用數(shù)值模擬、試驗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)力測量試驗、短柱受壓試驗、子結(jié)構(gòu)試驗和構(gòu)件軸心受壓試驗，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)計方法。項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)計理論、推廣高強(qiáng)度鋼材的工程應(yīng)用和實現(xiàn)我國節(jié)能減排目標(biāo)具有重要意義。

長期以來，我國鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范用鋼僅局限于Q420強(qiáng)度等級以下的鋼材，雖然我國已試建了一些高強(qiáng)鋼桿塔結(jié)構(gòu)工程，但對此類結(jié)構(gòu)中使用高強(qiáng)度鋼材的鐵塔主材，其受壓穩(wěn)定性能的試驗研究和理論分析仍然不足，而且也尚無專用設(shè)計此類高強(qiáng)鋼構(gòu)件的設(shè)計方法。本課題采用數(shù)值模擬、試驗研究和理論分析相結(jié)合的方法，對具有初彎曲、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)計特點和存在的問題；基于有限元法對軸心受壓高強(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細(xì)比界限等問題，并在理論分析的基礎(chǔ)上提出實用設(shè)計方法。項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

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(shè)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(lián)成一個構(gòu)件,稱為雙肢柱。2100433B

本項目采用試驗研究、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(gòu)件的殘余應(yīng)力分布、局部穩(wěn)定和整體穩(wěn)定。針對局部穩(wěn)定承載性能，改進(jìn)現(xiàn)有局部穩(wěn)定承載力的計算公式；對于整體穩(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(yīng)力大小與分布形態(tài)采用割條法進(jìn)行實際試驗量測，并對量測結(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)力建議簡化分布模型圖。 （2）針對不銹鋼構(gòu)件的局部穩(wěn)定問題，首先通過試驗得到不銹鋼材料的力學(xué)特性。同時對短柱試件的幾何初始缺陷進(jìn)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(jìn)行了軸心加載試驗。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。基于試驗數(shù)據(jù)驗證了有限元模型，對不銹鋼構(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局部穩(wěn)定的影響，同時通過參數(shù)分析結(jié)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(qiáng)度法公式。 （3）對于不銹鋼構(gòu)件的整體穩(wěn)定問題，首先對試驗采用的不銹鋼試件的幾何初始缺陷進(jìn)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(jìn)行了軸心加載試驗，試件均發(fā)生了整體失穩(wěn)，個別繞強(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)試驗驗證的有限元方法對不銹鋼軸心受壓構(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、截面寬厚比以及長細(xì)比對對構(gòu)件的整體穩(wěn)定承載力有影響。通過對參數(shù)分析結(jié)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(jié)合有限元參數(shù)分析的方法對不銹鋼構(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)行了試驗以及當(dāng)前不銹鋼規(guī)范的驗證，驗證結(jié)果表明此結(jié)論可對不銹鋼構(gòu)件的局部穩(wěn)定、整體穩(wěn)定承載力有更好的預(yù)測，并可對當(dāng)前規(guī)范進(jìn)行補(bǔ)充和修正。 2100433B

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一、偏心受壓構(gòu)件的破壞特征

許多偏心受壓短柱試驗表明，當(dāng)相對偏心距較大，且受拉鋼筋配筋率較小時，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)相對偏心距較小，或雖然相對偏心距較大，但構(gòu)件配置的受拉鋼筋較多時，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，受壓區(qū)高度略有增加，破壞時無明顯預(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，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，截面為大偏心受壓破壞；

當(dāng)ζ>ζjg時，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，增加軸壓力將會使構(gòu)件的抗彎能力減??；但大偏壓時，軸壓力的增加，卻會使構(gòu)件的抗彎能力提高；在界限狀態(tài)時，一般可使偏壓構(gòu)件抵抗彎矩的能力達(dá)到最大值。