圓鋼管構件力學性能好、應用廣泛,但強震中圓鋼管及其構建空間結構體系仍有破壞，說明其地震破壞機理尚未透徹，相應抗震設計準則和技術措施仍需完善。目前圓鋼管軸心受力構件抗震性能研究較多，壓彎構件空間滯回特性亦有涉及，但均未考慮管材和加工工藝對低周疲勞特性的影響，缺乏從微觀反映構件損傷形態和變化的材料模型，且未根據空間結構地震響應特性考慮桿件軸力變化。因此，本項目擬建立合理體現屈服平臺、包辛格效應、強化及累積損傷影響的GTN鋼材損傷模型，分別以熱軋、冷彎低合金和不銹鋼構件為研究對象，選取常用幾何和設計參數，對其軸向拉壓、常軸力壓彎尤其變軸力壓彎復雜受力狀態滯回性能進行系統參數分析，輔以試驗，揭示其損傷破壞機理，提煉恢復力模型，力圖真正實現材料、構件乃至結構的多尺度精確全過程分析，給出合理抗震設計建議。項目成果對完善鋼管結構抗震設計方法和理論、科學模擬其動力災變過程、準確評價既有結構安全性尤為重要。

編寫了GTN、VGM、SMCS、CVGM、DSPS等多種微細觀損傷模型的UMAT和VUMAT用戶子程序嵌入ABAQUS中，針對國內多種建筑鋼材進行實驗，識別其等向-隨動材料強化參數及微細觀損傷斷裂預測參數，實現了基于微細觀損傷理論的鋼材斷裂預測；分別選取典型單層球殼、柱殼算例進行地震作用下的動力全過程分析，統計其內力響應規律；針對大跨空間結構常用圓鋼管構件，在常用幾何和設計參數范圍內，依據球殼及柱殼地震內力響應規律，對其軸向拉壓、常軸力壓彎尤其變軸力壓彎復雜受力狀態下的滯回性能進行系統參數分析，并完成圓鋼管構件偏心拉壓和變軸力壓彎/拉彎等滯回性能試驗，揭示圓鋼管構件損傷破壞機理，提煉恢復力模型；基于微觀損傷斷裂預測模型，實現了網殼結構材料、構件乃至結構的多尺度精確全過程動力分析，真實模擬網殼強震下的桿件斷裂失效導致結構倒塌全過程，給出合理抗震設計建議。項目成果對完善鋼管結構抗震設計方法和理論、科學模擬其動力災變過程、準確評價既有結構安全性尤為重要。 2100433B

高強度厚板焊接組合鋼構件是近年來重大鋼結構工程經常采用的構件形式。隨著構件所用鋼板厚度的增加，其板內與焊縫處的缺陷、裂紋敏感性迅速增加，構件的性能表現較一般構件復雜得多。此類構件損傷機理與滯回性能的描述和模擬是預測重大鋼結構工程在強震下災變效應與破壞過程的關鍵科學問題之一。本項目將高強厚板焊接組合鋼構件的損傷機理及其演化模型的建立為研究目標，完成高強厚鋼板及其焊縫的主要力學性能試驗，完成高強度厚板焊接組合鋼構件縮尺模型的循環加載試驗；通過理論分析和數值手段，并結合試驗結果，探索高強厚板焊接組合鋼構件的動力損傷機理并提煉損傷擴展、累積、破壞特征，研究損傷退化規律；建立可以考慮損傷累積的厚板焊接組合鋼構件滯回模型，揭示其破壞破壞模式，為進行重大鋼結構工程在強震作用下整體結構性態與災變全過程的正確描述以及結構失效模式的準確預測提供科學基礎。

本課題從焊接殘余應力和損傷累積兩個方面對厚鋼板焊接組合構件及框架結構進行了研究。 首先基于熱-力間接耦合法，研發了適用于厚板多維多道焊接的子程序DFLUX，并對不同類型Q345厚鋼板的對接焊縫殘余應力進行了三維有限元分析以及實測研究，建立了厚板構件殘余應力的數值模型，分析了不同截面形式厚鋼板構件不同形式荷載作用下的靜力和滯回性能；提出了便于工程應用的殘余應力簡化計算方法，并進行了精度驗證。研究表明，厚鋼板焊接殘余應力主要分布在焊縫及其熱影響區（HAZ）范圍內，并以縱向拉應力為主；殘余應力峰值以及焊接殘余應力對焊縫區損傷值的影響隨著板厚度的增加而增加，殘余應力可使得構件提前進入塑性，但由于塑性重分布的作用，殘余應力對構件承載能力和滯回性能的影響很小。 基于塑性累積應變的損傷模型和不可逆熱力學損傷模型，借助ABAQUS軟件的二次開發平臺，研發了適用于不同單元類型的損傷本構子程序UMAT，探討了焊接厚鋼板組合構件在復雜外荷載作用下的損傷演化規律及其對厚板力學性能的影響，并對高厚比、寬厚比等參數做了分析。將分析推廣到結構層次，建立了箱型厚板構件組成的框架數值模型，研究了其靜力性能和滯回性能。研究表明，材料累積損傷會造成構件及結構的剛度退化，滯回環面積減小，耗能能力降低。總體來說，損傷的影響作用比殘余應力的影響作用更為顯著。同時，為了深入了解厚鋼板材料的損傷機理，完成了適合于厚板鋼材的材性試驗。通過試驗數據可以得到厚板Z向和橫向的不同力學性能及其損傷演化規律。試驗表明，隨著塑性應變的累積，材料性能退化嚴重。 此外，基于上述研究成果及已完成的工作，對腹板開圓孔鋼框架的動力性能進行了研究。建立了考慮樓板組合效應以及腹板開圓孔對構件產生削弱影響的塑性鉸模型，研究了樓板組合效應對腹板開圓孔組合構件整體抗震性能的影響規律。研究表明，考慮混凝土樓板的組合效應以后，結構的剛度增加，使得梁腹板開圓孔的削弱對結構整體性能的影響減小。 2100433B

流變是巖石的重要力學特性之一，在巖石的流變過程中，不僅存在流變變形。也會引起損傷，即螨變損傷。巖石的蠕變損傷是連續損傷，因而可用連續損傷理論及相應的損傷演變力程， 但必須反映蠕變的非線性過程及速率變化的影響，即蠕變的力學模型。