使用高强钢能减轻结构自重、降低造价、节约能源，具有良好的经济和社会效益。本项目结合国内外杆塔结构的最新发展，采用数值模拟、试验研究和理论分析相结合的方法，深入研究高强钢双肢连接杆塔构件受压稳定性能。利用能够准确模拟构件端部约束条件和初始缺陷的数值模型，研究钢材强度、截面形式、长细比、板件宽厚比、几何初始缺陷及截面残余应力模式等因素的影响。结合高强钢截面残余应力测量试验、短柱受压试验、子结构试验和构件轴心受压试验，着重研究高强钢截面残余应力分布、钢材强度与板件宽厚比和临界长细比关系、板件局部屈曲与构件整体失稳影响等问题，提出高强钢双肢连接杆塔构件局部屈曲、整体稳定承载能力及其相关性失稳的设计方法。项目成果为阐明钢材强度影响轴心受压构件的失稳机制、揭示高强钢轴心受压构件整体失稳与板件局部失稳的相关性定量关系、完善现行杆塔结构设计理论、推广高强度钢材的工程应用和实现我国节能减排目标具有重要意义。

长期以来，我国钢结构规范用钢仅局限于Q420强度等级以下的钢材，虽然我国已试建了一些高强钢杆塔结构工程，但对此类结构中使用高强度钢材的铁塔主材，其受压稳定性能的试验研究和理论分析仍然不足，而且也尚无专用设计此类高强钢构件的设计方法。本课题采用数值模拟、试验研究和理论分析相结合的方法，对具有初弯曲、初偏心和初始残余应力等缺陷的高强钢轴心受压构件的稳定机理进行研究。调查分析高强钢杆塔结构设计特点和存在的问题；基于有限元法对轴心受压高强钢构件受力性能进行三维非线性仿真研究；及对具有初始缺陷的轴心受压高强钢构件稳定性能进行试验研究，深入分析影响高强钢构件受力性能的端部约束条件、失稳模态、长细比与板件宽厚比关系及截面残余应力分布等影响因素，着重探索高强度钢材的本构关系、截面残余应力模型，以及高强钢轴心受压构件稳定系数柱子曲线模型、宽厚比限值条件和临界长细比界限等问题，并在理论分析的基础上提出实用设计方法。项目研究成果为阐明钢材强度影响轴心受压构件的失稳机制，揭示高强度钢材轴心受压构件整体失稳与板件局部屈曲的相关稳定机理具有重要的意义，可为研究高强度钢材的受力性能、完善高强度钢材的设计理论和推广使用高强度钢材的工程应用提供理论依据。 2100433B

双肢柱是具有两个肢杆并以腹杆相连的混凝土柱，分平腹杆、斜腹杆双肢柱。

重型厂房吊车起重量大于30t.一般就要设计双肢柱,高柱为屋架支座,低柱为吊车梁支座,两柱之间用薄壁联成一个构件,称为双肢柱。2100433B

本项目采用试验研究、有限元数值模拟和理论分析相结合的方法，研究不锈钢构件的局部稳定性和整体稳定承载性能，并提出了相应的设计计算方法。 本项目主要针对建筑工程中常用的奥氏体以及双相体不锈钢焊接截面类型（工字形和箱形），研究了不锈钢轴心受压构件的残余应力分布、局部稳定和整体稳定。针对局部稳定承载性能，改进现有局部稳定承载力的计算公式；对于整体稳定承载性能，提出不锈钢轴心受压构件整体稳定承载力的计算公式和相应的柱子曲线。 主要包括以下三方面内容： （1）对焊接加工的10个工字形和8个箱形截面不锈钢试件的残余应力大小与分布形态采用割条法进行实际试验量测，并对量测结果进行归纳总结分析。提出构件残余应力分布模型。此外对ECCS所建议的分布模型进行了修正，提出了残余应力建议简化分布模型图。 （2）针对不锈钢构件的局部稳定问题，首先通过试验得到不锈钢材料的力学特性。同时对短柱试件的几何初始缺陷进行了测量。然后对28个工字形和箱形截面不锈钢短柱试件进行了轴心加载试验。所有试件的破坏形态均为组成板件发生局部屈曲失效，同时试件截面的加载应力-应变曲线表现出典型的非线性特性。基于试验数据验证了有限元模型，对不锈钢构件局部稳定进行参数分析，有限元模型考虑不锈钢非线性材料力学性能、截面焊接残余应力、构件的局部几何初始缺陷等因素对局部稳定的影响，同时通过参数分析结果对截面中的加劲和非加劲板件提出了受压临界宽厚比建议取值，并给出了建议有效宽度法公式以及直接强度法公式。 （3）对于不锈钢构件的整体稳定问题，首先对试验采用的不锈钢试件的几何初始缺陷进行了测量。然后对22个工字形和12个箱形截面不锈钢试件进行了轴心加载试验，试件均发生了整体失稳，个别绕强轴失稳的工字形构件出现了部分扭转的现象。采用经试验验证的有限元方法对不锈钢轴心受压构件的整体稳定性进行参数分析。参数分析过程中确定了构件几何初始缺陷、截面残余应力、材料力学性能、截面宽厚比以及长细比对对构件的整体稳定承载力有影响。通过对参数分析结果提出了柱子曲线并提出了三段式计算方法。 本项目通过试验研究结合有限元参数分析的方法对不锈钢构件的截面残余应力分布、构件的局部稳定以及整体稳定问题进行了研究。得到的结论均进行了试验以及当前不锈钢规范的验证，验证结果表明此结论可对不锈钢构件的局部稳定、整体稳定承载力有更好的预测，并可对当前规范进行补充和修正。 2100433B

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一、偏心受压构件的破坏特征

许多偏心受压短柱试验表明，当相对偏心距较大，且受拉钢筋配筋率较小时，偏心受压构件的破坏是由于受拉钢筋首先达到屈服强度而导致受压混凝土压碎，这一破坏称为大偏心受压破坏。其临近破坏时有明显的征兆，横向裂缝开展显著，构件的承载力取决于受拉钢筋的强度和数量。

当相对偏心距较小，或虽然相对偏心距较大，但构件配置的受拉钢筋较多时，就有可能首先使受压区混凝土先被压碎。在通常情况下，靠近轴力作用一侧的混凝土先被压坏，受压钢筋的应力也能达到抗压设计强度；而离轴向力较远一侧的钢筋仍可能受拉但并未达到屈服，但也可能仍处于受压状态。临破坏时，受压区高度略有增加，破坏时无明显预兆。这种破坏属于小偏心受压破坏。

上述二种破坏形态可由相对受压区高度来界定。如偏心受压构件的截面(矩形)应变分布，其中ab线表示在大偏心受压状态下的截面应变状态。随着纵向压力的偏心矩减小或受拉钢筋配筋率的增加，在破坏时形成ac所示的应变分布状态，即当受拉钢筋达到屈服应变ey时，受压边缘混凝土也刚好达到极限压应变值ehmax=0．003，这就是界限状态。若偏心距进一步减小或受拉钢筋配筋量进一步增大，则截面破坏时将形成ab所示的受拉钢筋达不到屈服的小偏心受压状态。

当进入全截面受压状态后，混凝土受压较大一侧的边缘极限压应变将随着纵向压力N的偏心距减小而逐步下降，其截面应变分布如(ae和a"f所示顺序变化，在变化的过程中，受压边缘的极限压应变将由o．003逐步下降到接近轴心受压时的0．002。

以上分析表明，可用受压区界限高度xjg或受压区高度界限系数乙来判别两种不同偏心受压的破坏形态：

当ζ≤ζjg时，截面为大偏心受压破坏；

当ζ>ζjg时，截面为小偏心受压破坏。

偏心受压构件是弯矩(M)和轴压力(N)共同作用的构件，由于M和N对构件的作用，彼此是相互影响、相互牵制的。例如小偏压构件，增加轴压力将会使构件的抗弯能力减小；但大偏压时，轴压力的增加，却会使构件的抗弯能力提高；在界限状态时，一般可使偏压构件抵抗弯矩的能力达到最大值。