基于高性能GJ钢新材性参数的受弯构件整体稳定性能研究

第一，按切条法（优于盲孔法）测试了GJ钢构件残余应力分布规律，据此确定了用于有限元分析的残余应力模式。第二，受弯构件稳定性能的试验研究，是项目最主要工作内容，也是面对难题最多的环节，对试验加载装置进行了几种方案的对比摸索，确认加载装置对试验结果有重要影响，经持续改进装置的努力，使得试验数据从异常逐步趋于合理；研究计划外增加了8个试验试件，扩展构件规格、改变荷载作用特征，提升了试验成果的代表性，是计划外的收获。第三，基于试验数据的有限元分析尝试，很好地解释了某些试验现象，为试验方案调整提供了明确指导；大量的有限元分析数据，扩大了试验成果的适用范围，使数据的统计处理以及计算模式求解顺利实现。第四，从已经掌握的情况看，GJ钢受弯构件稳定性能要好于普通结构钢，但系统性的规律还不太清晰，有必要再做进一步研究讨论。第五，外部条件变化大大延迟了试验进程，研究总进度受到重大影响，课题组充分感受到试验研究的曲折艰苦和科研工作的不确定性特征；项目成果的表述（如项目相关论文）期待在此后的二、三年里陆续公开。

GJ钢作为适应超高层及大跨建筑的高性能钢材，其制作而成的GJ钢梁柱等构件目前已应用于国家奥运主体育场、首都新机场、央视新大楼等重大建设项目。基于前期对GJ钢材性参数的统计分析以及GJ钢轴心受压构件稳定性能的研究成果，为进一步延续并扩展GJ钢的构件研究层次，故提出本申报课题- - GJ钢受弯构件的整体稳定性能研究。课题组拟通过对GJ钢受弯构件整体稳定承载力的试验，探索计算模式不定性因素对构件抗力的影响；同时通过对GJ钢受弯构件残余应力模式进行测试，更为准确地模拟受弯构件整体稳定承载力计算模型。考虑残余应力分布模式，并计入受弯构件初始变形等缺陷，通过数值分析并对比试验结果获得GJ钢受弯构件的整体稳定系数。项目的实施拟为高性能GJ钢在构件层面上的应用及推广奠定基础。

高强度高性能钢材在国内已有大量使用，我国《钢结构设计标准》已经将Q345GJ钢列入推荐使用材料，但针对400MPa及以上GJ钢的研究还不充分，现有规范、标准关于普通材料构件的计算方法是否适合400MPa及以上GJ钢构件，尚需研究加以验证。课题组基于对Q460GJ钢焊接构件残余应力的试验研究，揭示了薄板、中厚板Q460GJ钢焊接H型截面、箱型截面残余应力的分布规律；分析了试验方法对受弯构件整体稳定承载力试验结果的影响，提出了两套能准确模拟受弯构件边界条件的支撑和加载方案；通过对跨中无侧向约束和跨中有一个侧向约束单点加载简支梁整体稳定的足尺试验和数值模拟，揭示了Q460GJ钢焊接H型截面受弯构件整体失稳的破坏机理和力学性能；通过对两端铰接轴心受压构件的足尺试验和数值模拟，揭示了Q460GJ钢焊接H型截面、焊接箱型截面轴心受压构件整体失稳的破坏机理和力学性能；通过对不同偏心率的两端铰接偏压构件的足尺试验和数值模拟，揭示了Q460GJ钢焊接H型截面、焊接箱型截面压弯构件整体失稳的破坏机理和力学性能；分析了以上研究结果与国内外主要国家或地区规范计算结果的差距，对这些规范计算Q460GJ钢构件的承载能力的适用性进行评估，并基于我国《钢结构设计标准》及《建筑结构可靠性设计统一标准》，就Q460GJ钢受弯构件、轴心受力构件、压弯构件稳定承载力计算的可靠度进行研究，分别提出了Q460GJ钢抗力分项系数和强度设计值的建议值。课题组圆满完成了申请书上的各项研究任务，并及时公布课题组的研究成果，期望能丰富高强度高性能钢相关研究成果，为推广使用高强度高性能钢提供基础数据。 2100433B

建筑钢结构采用高强度钢材趋势已经确立，400Mpa级高强度结构钢研究已积累较多成果。GJ钢性能优异但开发在后，所涉研究刚起步，使用经验不足的状况有待改变。申请者在前期研究中发现试验装置对受弯构件整体稳定承载力有很大影响，这似乎解释了近年来高强钢研究报道集中于受压试验而回避受弯试验的原因。申请者所在课题组设想了几种不同的试验装置，陆续尝试试验作出比较，获得预期结果，有望在试验研究阶段发挥决定性作用。课题拟围绕460Mpa高性能GJ结构钢性能开展工作：采用切条法测试Q460GJ钢中厚板焊接截面残余应力分布规律；基于足尺试验，了解H形、箱形和十字形截面受压（含轴压和压弯）构件及H形（含单、双轴对称）截面受弯构件整体稳定性能；基于试验数据以有限元手段，扩展试验成果；构建460Mpa GJ结构钢基于性能的计算模式，遵循ISO2394作出可靠性论证；最终给出GJ钢的设计参数应用建议。

地基整体稳定性是海洋工程学术语，指海洋工程结构物的地基在整体上抵抗倾覆和滑移的能力。

中文名称

地基整体稳定性

英文名称

ground general stability

定　　义

海洋工程结构物的地基在整体上抵抗倾覆和滑移的能力。

应用学科

船舶工程（一级学科），海洋油气开发工程设施与设备（二级学科）