不锈钢压弯构件静力承载计算与抗震设计方法研究

Compared to ordinary structural steels, stainless steels have outstanding advantages on corrosion resistance and durability, and more stable mechanical properties under high or low temperature conditions. The use of stainless steel could be a fundamental solution to the corrosion problem of ordinary steel structures, and the maintenance cost could be decreased while the service life of a stainless steel structure could be increased. Therefore, the life cycle cost of a structure could be decreased by the use of stainless steel. Stainless steel structure has strong competiveness in certain circumstances, and its application in construction engineering and bridge engineering is becoming more and more widely. However, because of the nonlinear properties of stainless steel, the calculation and design methods for ordinary steel structures are no longer applying. In this research, investigations will be carried out on stainless steel beam-columns with a welded section, including: constitutive model, hysteretic behavior and cumulative damage performance of stainless steels; the distribution of residual stresses in stainless steel welded box sections and welded I sections; load bearing capacity of stainless steel beam-columns under static loadings; hysteretic behavior and seismic performance of stainless steel beam-columns under low cyclic loadings. Based on the analysis, calculation method for static bearing capacity and seismic design method will be proposed. The research results will provide the scientific foundation for the engineering application of stainless steel structures.

与普通钢材相比，不锈钢材料具有抗腐蚀性和耐久性好的突出优点，以及高、低温下力学性能相对稳定的特点。不锈钢材料能够从根本上解决钢结构的锈蚀问题，有效降低结构的维护成本和延长结构的使用寿命，从而降低结构的全生命周期成本，使得不锈钢结构在一定的使用环境下具有较强的竞争力，其在工程中的应用也日益增多。由于不锈钢材料的非线性受力特征，导致用于普通钢结构构件的设计计算方法不再适用。本项目拟对不锈钢焊接截面压弯构件的承载性能进行深入研究，主要研究内容包括：不锈钢材料的本构模型、滞回性能和累积损伤性能；不锈钢焊接箱型和焊接工字型截面构件的残余应力分布情况；不同截面形式不锈钢压弯构件静力荷载作用下的承载性能以及低周往复荷载下的滞回性能和抗震性能。最终进行总结分析，提出不锈钢压弯构件的静力承载计算方法和抗震设计方法，研究成果可以为不锈钢结构的工程应用提供一定的科学依据。

本项目结合实际工程应用，选取建筑结构领域中常用牌号的不锈钢材料（奥氏体型和双相型），研究内容主要包括：不钢材料的本构模型、滞回性能和微观断裂预测模型；不同截面形式压弯构件静力荷载作用下的承载性能和承载力计算方法；不同截面形式压弯构件的滞回性能和抗震性能三个方面。具体如下：.（1）基于不锈钢的微观断裂机理，以大量的试验研究为基础，结合数值计算和理论分析，从不锈钢圆棒和典型构造对不锈钢材料的断裂性能展开了系统研究，得到材料的滞回模型，建立不锈钢材料微观断裂预测模型，并标定了断裂韧性参数及损伤系数。.（2）开展了30个焊接不锈钢压弯构件静力加载试验。通过一系列试验、有限元和理论研究对焊接不锈钢压弯构件的稳定性能进行了系统深入的研究。将试验和数值模拟结果同欧洲规范EN 1993-1-4、美国规范SEI/ASCE 8-02 (2002)、中国规范CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》和日本不锈钢建筑结构设计标准进行对比，并提出改进的承载力计算方法。.（3）设计并完成对18个不锈钢压弯构件的循环加载试验。通过试验和有限元研究对不锈钢压弯构件的滞回性能进行了系统深入的研究，结合试验研究和有限元数值模拟，分析宽厚比与轴压比对构件滞回性能的影响，并在试验和有限元的基础上提出不锈钢材工形截面和等边箱形截面压弯构件板件宽厚比限值建议值，为不锈钢结构抗震设计提供参考。.项目的研究完善了不锈钢结构计算方法和设计理论，研究成果为不锈钢结构的工程应用提供有效的科学依据，为我国不锈钢规范、规程的完善提供一定的借鉴，同时对促进发展低碳经济、实现可持续发展具有一定的意义。