新型耐火耐候结构钢材钢结构力学性能基础理论研究

The fire and corrosion resistance of traditional steel structure is weak. In recent years, fire accidents in buildings occur frequently in our country. More structral damages are induced by steel corrosion. These accidents have brought negative social inpacts by causing great casualties and loss of economic property. The application of new fire-resistant and weathering steel in building construction can significantly reduce the defects of steel structure. Fire-resistant and weathering steel remains the adequate resistance under high temperature and corrosive environment. By considering the technical requirements in engineering application of fire-resistant and weathering steel, and the limited knowledges on the mechanical behaviour of fire-resistant and weathering steel and its design theory, this project will investigate the structural properties of fire-resistant and weathering steel, understand the performance of connections and structural members by using theoretical analysis, experimental research and numerical simulation. This project can generate data base for different types of steels, propose connection mechanical performance of fire-resistant and weathering steel, as well as the stability design method of fire-resistant and weathering steel structural members. This project will make significant contributions in improving steel design specification, structural safety and economical competence of the steel structure.

传统钢结构的抗火灾能力和防腐蚀能力较差，近年来我国建筑火灾事故频繁发生，因钢材腐蚀而造成的结构破坏的事故屡见不鲜，造成了极大的人员伤亡和经济财产损失，带来了极其恶劣的社会影响。新型耐火耐候结构钢材的出现及在建筑领域的潜在应用极大程度地弥补了钢结构的缺陷，耐火耐候结构钢材是指具有耐高温、耐恶劣气候、耐腐蚀强度等性能的结构钢材，结合耐火耐候钢材在重大工程中应用提出的基础科学问题，以及目前国内外对耐火耐候钢材力学性能以及基础设计理论缺乏必要研究的现状，本项目采用理论分析、试验研究和数值模拟相结合的方法，从新型耐火耐候钢力学性能、连接和构件承载性能多个层面的基础科学问题展开深入的研究。积累新型耐火耐候钢材基础研究数据，研究新型耐火耐候钢材和连接受力性能，提出新型耐火耐候钢材构件的基本理论和设计方法。本项目的研究对于发展钢结构设计计算理论，提高建筑钢结构的安全性和经济性具有重要的理论和应用价值。

本项目以武钢集团研发的WGJ高性能耐火耐候钢材和首钢集团研发的BFRW10高强度耐火螺栓连接材料为基础，通过大量的常温和高温试验研究、数值计算以及理论分析，在结构材料、连接、基本构件等多层面研究了WGJ高性能耐火耐候钢和BFRW10高强度耐火螺栓材料在常温和高温下的基本力学性能，研究了耐火耐候钢焊接工形截面的残余应力分布规律，研究了耐火耐候钢受压柱在常温和高温下的整体稳定性能，以及小空间火灾和大空间火灾下的整体稳定性能，研究了耐火耐候钢受弯构件在常温和高温的整体稳定性能，研究了高强度耐火螺栓接头在常温和高温下的抗剪性能。本项目在深入研究的基础上，建立了高性能耐火钢和高强度耐火螺栓材料在不同温度条件下的应力-应变关系模型，建立了高性能耐火钢焊接工形截面残余应力分布模型，提出了WGJ耐火钢焊接工字形截面受压构件在常温和高温下的整体稳定设计方法，提出了WGJ耐火钢焊接工字形截面受弯构件在常温和高温下的整体稳定设计方法，提出了采用WGJ耐火钢和高强度耐火螺栓的连接接头在常温和高温下抗剪承载力计算公式。. 本项目研究成果已在国内外有影响的学术期刊和会议公开发表高质量学术论文11篇，在论文评审和发表过程研究工作得到了同行的高度评价，尚有多篇论文正在整理、投稿和审阅中。结合项目研究已有3名博士研究生和2名硕士研究生完成了学位论文并取得学位；根据本项目的研究成果正在编制CECS技术标准《耐火钢压型钢板组合楼板技术规程》。本项目研究成果已12次在国内外学术会议和学术讲座中交流，扩大了本项目研究的学术影响力，为宣传和推广应用耐火耐候钢材钢结构发挥了重要作用。. 本项目的研究工作深入揭示了耐火钢材及其高强度耐火螺栓连接在常温和高温下的基本性能，形成了评价耐火钢基本构件和连接安全性的基础性分析和计算方法，为耐火钢和高强度耐火螺栓在建筑结构中的工程应用提供了理论基础和科学依据。