常温与高温下薄壁钢结构节点性能与设计方法研究

本项研究以欧洲钢结构规范(Eurocode 3, Part 1-8)推荐的组件法来研究常温与高温下的冷弯薄壁钢结构梁柱节点性能。 在本项目中，首先进行了常温下冷弯薄壁钢板-螺栓连接受剪时的受力变形性能的研究。采用试验，理论分析和数值模拟等手段，分析钢板厚度，螺栓孔径，端距/边距比值，螺栓孔间距，温度等因素对冷弯薄壁钢板-螺栓连接这一基本组件的受力与变形性能的影响，并建立常温下的受力变形理论模型；将理论模型计算结果有限元模拟结果和实验所得的结果进行对比，发现该模型在预测常温下冷弯薄壁钢板-螺栓连接的受力变形曲线上有极高的精确性。 其次，进一步将研究扩展到高温，研究不同温度下冷弯薄壁钢板-螺栓连接受剪时的受力变形性能。采用试验、有限元模拟、理论数值模型计算相结合的方式分析前述各参数对高温下冷弯薄壁钢板-螺栓连接的受力变形性能的影响。通过研究发现，之前提出的常温下冷弯薄壁钢板-螺栓受剪时的受力变形曲线的理论模型通过变换同样适用于高温的情况。经过理论模型计算与有限元模拟结果对比发现，该理论模型在预测高温下冷弯薄壁钢板-螺栓连接受剪时的受力变形曲线仍有很高的精确性。本研究成果可以用于冷弯薄壁钢结构的梁柱节点设计理论及工程应用。 2100433B

本项研究以欧洲钢结构规范(Eurocode 3, Part 1-8)推荐的组件法来研究常温与高温下的冷弯薄壁钢结构梁柱节点性能。采用试验，理论分析和数值模拟等手段，分析钢板厚度，螺栓孔径，端距/边距比值，螺栓孔间距，温度等因素对冷弯薄壁钢板-螺栓连接这一基本组件的受力与变形性能的影响，并建立常温与高温下的受力变形理论模型；将得到的理论模型应用于冷弯薄壁钢结构梁柱节点的性能分析，采用冷弯薄壁钢结构梁柱节点常温与高温足尺试验来验证理论模型的精确性。研究成果可以用于冷弯薄壁钢结构的梁柱节点设计理论及工程应用。

竹材人造板与冷弯薄壁型钢复合而成的钢-竹组合构件有利于充分发挥材料的高强度，由于竹材的蠕变和钢-竹界面的滑移，其长期受力性能是影响实际应用效果的关键。本项目系统研究竹材人造板的蠕变特性和钢-竹界面粘结性能的时随效应，以及长期荷载作用下钢-竹组合构件的变形特征、承载能力变化规律和力学性能评价方法。通过试验研究、理论分析和数值计算，构建考虑应力水平和环境条件影响的竹材人造板蠕变模型，阐明长期荷载作用下钢-竹界面粘结性能退化机制，建立其粘结强度模型；明确钢-竹组合构件长期受力性能与加荷水平、截面含钢率、轴压比、长细比之间的关系，揭示组合构件的长期变形规律和承载能力退化规律；基于材料、界面及构件的长期性能研究结果建立钢-竹组合构件长期变形和承载能力计算理论，实现构件长期力学性能的准确评价，提出便于操作的实用设计方法，为确保钢-竹组合构件及其结构体系在整个设计基准期的安全性提供必要的理论基础。

薄壁不锈钢结构构件应用日趋广泛，然而针对其各类失稳性能的研究尚不完善。薄壁构件的设计理论近年来也取得了新进展。本课题工作重点为薄壁不锈钢压弯构件的耦合稳定承载力及基于新设计理论的设计方法研究，作为相关的基础性研究工作还涵盖了不锈钢受弯构件纯畸变失稳破坏及设计方法、空翼缘构件整体-畸变耦合失稳性能研究。 开展了卷边C型不锈钢截面仅受畸变失稳控制时的破坏性能研究，进行了冷轧板材材性测试、几何缺陷高精度测量、侧向限位弯曲试验。基于ABAQUS开发了精细化数值模型、以试验数据进行校准并展开参数分析。结合试验及模拟数据总结畸变失稳承载力随材性、截面形式、截面柔度的变化规律，探讨了以受压翼缘与腹板交界处的应变监测判断畸变失稳点的实用方法。以直接强度法拟合得到了适用于C型和Z型不锈钢构件畸变失稳承载力的设计公式。相关成果已发表国际会议论文一篇，另有两篇期刊文章已完稿。以上述精细化模型为基础进行拓展参数分析，研究不锈钢空翼缘截面畸变-整体耦合失稳性能，探讨该类构件耦合失稳的设计方法，相关成果已发表国际会议论文一篇。 不锈钢压弯构件耦合失稳研究包括系列精细化试验、数值建模及参数分析、设计理论及方法研究。试验选取卷边C形、I型及矩形截面构件，分别反映局部-整体、畸变-整体耦合失稳效应。试验中引入钢材材性、截面柔度、构件柔度、等效加载偏心等变化因素。受国内市场供应情况限制，前期规划的低镍双相体S32101不锈钢小批量采购始终未能实现，只得采用双向体S32205板材替代。试验所用的专用加载、缺陷测量装置均有较高精度要求、需专门加工。上述工作过程中若干非预期因素造成试验研究进度滞后于计划，当前有一部分构件试验仍在进行中。数值建模和设计理论研究也同步进行，已梳理压弯构件设计理论框架及两种具体设计思路。相关成果目前已申请发明专利一件，一篇期刊文章撰稿中，后续研究成果还将有2~3篇论文发表。 2100433B