高性能钢材轴心受压构件局部屈曲与整体失稳的相关稳定性能和设计方法研究

国内外高性能钢材的应用日渐增多，已取得很好的社会经济效益，但其应用性能研究十分缺乏。本项目深入研究高性能钢材轴心受压构件局部屈曲和整体失稳的相关稳定受力特性，发展可准确模拟构件几何初始缺陷、截面残余应力分布、以及局部屈曲和整体失稳相关性的数值模型，研究钢材强度等级、截面类型、初始缺陷、长细比、宽厚比、翼缘和腹板相对强弱等因素的影响。结合高性能钢材足尺试件相关稳定轴心加载试验，提出轴心受压钢柱局部屈曲和整体失稳的相关稳定受力特性随上述影响因素变化的统一的、定量的关系，建立高性能钢材轴心受压构件局部屈曲和整体失稳的相关稳定完整设计方法，给出计算公式。本项目基于申请人长期从事钢结构研究工作，研究成果对于完善现行钢结构设计方法和理论、保证钢结构安全性、促进高性能钢材钢结构在我国的应用、利于我国可持续发展战略、保护环境基本国策以及降低能耗、发展低碳经济目标的实现，都具有前瞻性理论意义和工程应用价值。

随着高性能钢材在国内外的应用日渐增多，本项目深入研究了高性能钢材轴心受压构件局部屈曲和整体失稳的相关稳定性能。本项目对比分析了目前各国规范中关于轴心受压构件的稳定设计方法，汇总国内外在轴心受压构件局部稳定和相关稳定方面的试验研究和数值分析模型。设计并完成高性能钢材焊接工字形截面和焊接箱形截面轴心受压构件的局部稳定试验和相关稳定试验，包括采用460MPa和960MPa高强度钢材焊接而成的21个短柱和采用Q235B和Q345B焊接而成的28个中长柱，试验测量了试件的实际几何尺寸、几何初始缺陷、钢材材性以及在轴心压力下的变形和承载力。采用有限元软件建立数值模型，考虑几何初始缺陷和残余应力的影响，并利用国内外试验数据对数值模型进行了验证，证明该模型可准确试件的变形和承载力，可用于短柱的局部稳定分析和中长柱局部屈曲和整体失稳相关性分析，研究钢材强度等级、截面类型、初始缺陷、长细比、宽厚比、翼缘和腹板相对强弱等因素的影响。结合轴心受压短柱的参数分析结果，提出轴心受压钢柱局部稳定的建议设计公式、板件宽厚比限值和相关稳定的建议设计公式。本项目研究成果对于完善现行钢结构设计方法和理论、保证钢结构安全性、促进高性能钢材钢结构在我国的应用具有较大理论意义和工程应用价值。目前本项目已发表学术论文21篇，录用学术论文7篇，发明专利2个。