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岩土研究院

高强度钢材钢结构主要技术问题

319 2021-08-10 15:27:07

国内外针对高强度钢材钢结构的研究刚刚起步,仅有少量的试验研究和数值分析。很多关键技术的研究尚未全面开展。也尚未形成完善的设计理论和方法。高强度钢材钢结构需要深入研究的主要技术问题如下∶

(1) 高强度钢材材料的力学性能,特别是材料的应力-应变关系、屈强比以及延性等对实际工程有显著影响的基本材性指标。

(2)高强度钢材构件的截面残余应力及分布模型。初始缺陷对高强度钢材受压构件稳定性能的影响非常明显,特别是截面残余应力。现有的试验研究中钢材强度等级、截面类型、加工工艺、截面尺寸等参数较单一,板件较薄(5~8mm),工程代表性不强;此外,大部分试验结果不完整,特别是缺少焊缝附近残余拉应力的测量结果。需要对高强度钢材

构件截面残余应力的分布和数值进讲行深入研究。提供可用干学术研究和工程设计的分布模型。

(3)高强度钢材受压构件的稳定性能及设计方法。高强度钢材的材料力学性能及构件初始缺陷(截面残余应力)均发生变化,这使得受压构件的整体稳定性能和板件的局部稳定性能呈现不同的特点。此外,材料强度的提高带来截面板件厚度的减小,这使得受压构件的整体稳定性能与局部失稳相关,即相关稳定性能更加重要。现有的相关研究无论是试验研究还是数值计算均处于起步阶段,数据偏少,涉及的影响参数不全面,特别是针对高强度钢材的研究较少,尚没有成熟的设计方法。

(4)高强度钢材连接节点,特别是工程中最常用的螺栓抗剪连接节点的受力性能,包括高强度钢板的孔壁承压性能、高强度螺栓连接的抗滑移系数等基本 力学性能指标。

(5)高强度钢材钢结构的抗震性能。由于高强度钢材材料的屈强比变大、延性降低,结构的抗震性能必然呈现新的特点。为确保抗震设防地区高强度钢材钢结构工程的安全性和可靠性,迫切需要从材料、焊接接头、构件等方面进行抗震性能的研究,为相关的抗震设计提供方法和依据。

(6)国内外的相关研究缺乏设计方法层面的研究和成果。尽管诸如欧洲规范 Eurocode 3、美国规范 ANSI/AISC 360-10 等分别允许 700MPa和 690MPa 强度等级高强度钢材的工程应用,但二者既没有增加新的设计方法,也没有明确指出原有设计方法是否适用,并且缺乏高强度钢材相关的背景研究工作和成果。我国《钢结构设计规范》GB 50017—2003 中的设计条款,主要基于20 世纪 80 年代普通低碳钢构件的试验研究和数值计算成果,并适当参考了国外部分设计标准;尽管之后新增了 Q345、Q390 以及 Q420 钢材,但均是基于实际工程的成功应用,并没有足够的基础研究,特别是涉及高强度钢材钢结构的研究。

本书的主要目的在于解决以上高强度钢材钢结构的技术问题。作者综合了近期清华大学所做的大量试验研究、数值计算、理论分析以及设计方法方面的研究工作,全面深入地阐述了高强度钢材钢结构的受力性能,为后续相关的研究提供参考,为工程应用提供可靠、合理的设计方法,并为相关设计规程的编制提供依据,将极大地促进这一新型结构体系在我国的应用。

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