《動力荷載下基於全程耗能機制的鋼結構性態與設計方法》是依託同濟大學，由陳以一擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：動力荷載下基於全程耗能機制的鋼結構性態與設計方法
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：陳以一
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
動力荷載作用下的安全性始終是結構設計的基本問題之一。本項目以具有功能集成體系特點的多高層鋼結構為主要對象，以地震作用下的結構滯回耗能機制為中心，從構件、連線和結構體系3個層面系統研究結構耗能機理、耗能能力評估方法、以及損傷可控條件下有限耗能和極限條件下耗能最大化的設計方法；提出若干構件、連線和體系最佳化耗能的新概念、新模式。本項目將深入揭示鋼結構耗能機理的基本規律，解決若干基礎性的結構非線性問題，如鋼板組合體塑性局部屈曲的板組相關性能，塑性與屈曲耦合時鋼板面內拉壓變形和面外撓曲變形的雙重耗能機制，節點多組件耗能組合模式，結構要素非線性行為發生的時序、程度和非同步變化對結構系統整體行為的影響，從而發展鋼結構耗能設計的基礎理論，為地震作用和其他極端動力荷載下結構抵抗局部破壞和倒塌破壞的設計提供更合理的方法，促進建築鋼結構在節能減排、循環經濟和可持續發展中的更有效運用。
結題摘要
本項目重點研究地震作用下鋼結構體系的滯回耗能能力，將結構體系歸納為構件集承重與耗能功能於一體的“功能集成體系”和承重構件與耗能器件各自行使獨立功能的“功能分離體系”。以具有“功能集成體系”特點的鋼結構為主要對象，研究其材料、構件、不同構造的連線和結構體系的耗能特性、機理、耗能能力評估方法，獲得如下重要結果：（1）首次實現了±10%大應變範圍內的應力-應變滯回試驗，揭示了在大應變範圍內鋼材應力-應變採用彈性-強化-塑性關係才能準確進行耗能能力評估；建立了適合大應變範圍的鋼材應力-應變滯回模型。標定了結構鋼材基於微觀機制的斷裂模型的各項參數，可以追蹤鋼材直至發生延性斷裂為止的全過程行為。（2）研究了鋼板組合體彈塑性局部屈曲相互作用的規律，揭示了屈曲與塑性耦合條件下薄板的耗能機制在於面外彎曲造成的鼓曲區域局部耗能。建立了H截面和方管截面考慮板件彈塑性相關屈曲效應的寬厚比限值。建立了薄柔H截面鋼構件屈曲後塑性極限承載力的計算方法和雙向壓彎條件下的極限承載力相關公式，計算精度顯著高於歐洲規範。提出了“屈曲鉸”概念和條件，驗證了薄柔構件鋼框架可實現有限延性，可在地震設防區採用耗能設計。研製了兩種具有功能集成特點的鋼構件：採用角鋼部件的可更換區段耗能梁；分段集中耗能且失穩方向可控的柔性支撐。（3）揭示了典型節點的滯回耗能模式與特性，包括外環板對鋼管柱節點域產生套箍拉結效應，有利節點域耗能；鋼管混凝土柱-鋼桁架連線區段耗能具有壓彎剪特徵；梁貫通式螺栓節點具有多組件耗能特性。提出了能量耗散與延性協同發展的節點設計方法。研究並實現了有效提升薄腹節點域和薄腹梁耗能能力的構造方案，研製了具有超大轉動能力和可修復性的鑄鋼模組元件與節點以及基於形狀記憶合金的變形可恢復節點。建立了考慮空間多維性態和滯回劣化特徵的典型節點滯回模型。（4）提出了最佳化的滯回耗能設計應控制不同破壞模式的發生時序即“屈服時序”，提出了結構“損傷核”的概念、其恢復力骨架曲線特徵以及實現條件。改進了推覆方法進行“損傷核”結構抗震設計。研製了3種能實現預期“屈服時序”的結構體系：半剛接鋼框架和柔性支撐組成的分層裝配體系，部分開間集中布置兼有“保險絲”功能的薄柔截面鋼樑、結構主體採用高強度鋼柱樑的複合框架體系，帶豎縫薄鋼板剪力牆-鋼框架體系，3種體系在大位移下殘餘變形都較小，具有良好的可恢復性，且損壞構件可更換。
