導(dǎo)讀

華南理工大學(xué)土木學(xué)科海外學(xué)者前沿講座第六十八期，我們邀請(qǐng)到來自新加坡南洋理工大學(xué)，土木及環(huán)境工程學(xué)系的副教授趙歐為大家?guī)眍}為“S690高強(qiáng)鋼與S960超高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能”的報(bào)告。本期講座錄播鏈接見文末或點(diǎn)擊閱讀原文。

日漸先進(jìn)的鋼材生產(chǎn)工藝大幅度提升了鋼材的強(qiáng)度和可加工性。高強(qiáng)鋼優(yōu)越的力學(xué)性能使其在工程應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢(shì)。采用高強(qiáng)鋼可降低結(jié)構(gòu)的用鋼量和重量，減少生產(chǎn)、運(yùn)輸和施工中各項(xiàng)資源消耗，有助于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。在本期的報(bào)告中，趙老師對(duì)基于S690高強(qiáng)鋼與S960超高強(qiáng)鋼構(gòu)件開展的軸心受壓、偏心受壓和受彎下的局部屈曲、彎曲屈曲、彎扭屈曲和局部-整體相關(guān)屈曲等試驗(yàn)進(jìn)行了介紹。

01

首先，趙老師介紹了使用切條法對(duì)S690高強(qiáng)鋼與S960超高強(qiáng)鋼焊接而成的I形、π形和十字形截面進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試得到的結(jié)果，并提出了相應(yīng)的預(yù)測(cè)模型。此外還對(duì)S690鋼在不同高溫后I形截面的殘余應(yīng)力進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果顯示在600℃時(shí)殘余應(yīng)力會(huì)出現(xiàn)陡降，在800℃后接近于零。

為了研究不同截面的局部屈曲情況，分別對(duì)I形、π形和十字形、角鋼和槽鋼等截面的短柱進(jìn)行了軸心受壓測(cè)試。對(duì)S690高強(qiáng)鋼與S960超高強(qiáng)鋼的I形短柱在火災(zāi)后的軸心受壓性能進(jìn)行了試驗(yàn)，使用規(guī)范的設(shè)計(jì)條文與火災(zāi)后的材性數(shù)據(jù)進(jìn)行組合設(shè)計(jì)分析。對(duì)不同截面和尺寸的角鋼和槽鋼截面進(jìn)行了試驗(yàn)，對(duì)于角鋼來說，現(xiàn)行規(guī)范中的設(shè)計(jì)方法并不精確。對(duì)于π形和十字形截面的試驗(yàn)，趙老師表示目前還沒有完成分析，將在未來和大家進(jìn)行分享。

02

趙老師為了進(jìn)一步研究不同截面S690高強(qiáng)鋼和S960超高強(qiáng)鋼梁在純彎受力下力學(xué)性能及失穩(wěn)模式，開展了一系列的四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)。梁的截面類型包括S690 HSS焊接I型、S690 HSS槽型和S960 UHSS槽型截面。其中，對(duì)比S690 HSS槽型截面梁的兩種破壞模式，發(fā)現(xiàn)在梁截面和彎曲軸相同的情況下，不同的彎曲方向會(huì)使梁的力學(xué)性能相差較大。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，趙老師對(duì)比了EN 1993-1-12和AISC 360規(guī)范的設(shè)計(jì)分析結(jié)果，并提出了更為有效的設(shè)計(jì)方法。

趙老師開展了一系列長柱受壓試驗(yàn)，分析在純壓受力下不同截面S690高強(qiáng)鋼和S960超高強(qiáng)鋼柱的三種整體失穩(wěn)（flexural, local-flexural interactive and flexural torsional）模式。設(shè)計(jì)了一套試驗(yàn)裝置使柱兩端鉸支，分別進(jìn)行了力學(xué)試驗(yàn)和設(shè)計(jì)分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，S690 HSS non-slender焊接I型截面柱主要發(fā)生整體失穩(wěn)，S690 HSS slender焊接I型截面柱主要發(fā)生局部和整體的相關(guān)失穩(wěn)。而對(duì)于S960 HSS non-slender和slender焊接I型截面柱失穩(wěn)模式分別為彎曲失穩(wěn)和局部-彎曲耦合失穩(wěn)。類似地，S690 HSS non-slender和slender槽型截面柱的失穩(wěn)模式分別為彎曲失穩(wěn)和局部-彎曲耦合失穩(wěn)。特別地，?S690 HSS slender角型截面柱主要表現(xiàn)為彎曲-扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)，其受壓試驗(yàn)結(jié)果表明，該柱在截面尺寸一定的情況下，設(shè)計(jì)強(qiáng)度不受長度的影響。

03

接下來，趙老師介紹了他們研究S690 HSS梁柱壓彎試驗(yàn)和分析設(shè)計(jì)的內(nèi)容。為了長、短梁柱在壓彎荷載下的局部屈曲和整體屈曲行為，設(shè)計(jì)了梁柱壓彎試驗(yàn)裝置，分別進(jìn)行了10個(gè)關(guān)于主軸和副軸的壓彎破壞試驗(yàn)，得到了主要的屈曲模態(tài)。S960 UHSS焊接l型截面短梁柱，由于不適于各國規(guī)范，因此提出了相應(yīng)的新設(shè)計(jì)。S960 UHSS焊接l型截面長梁柱壓彎中會(huì)發(fā)生整體屈曲，因?yàn)殚L梁柱的破壞模式包含了整體屈曲和局部屈曲，影響因素很多，很難用一個(gè)公式來考慮這種復(fù)雜情況，現(xiàn)行的各國規(guī)范都不適用，因此趙老師提出了改進(jìn)的新設(shè)計(jì)方法。針對(duì)S960 UHSS槽型截面，同樣分別進(jìn)行了短梁柱和長梁柱的壓彎試驗(yàn)，其中短梁柱在副軸上出現(xiàn)的局部屈曲存在2種類似柱屈曲的不同形態(tài)，分別稱為C型和反C型，其中C型是往腹板方向屈曲，翼緣會(huì)承擔(dān)額外的壓應(yīng)力，會(huì)加速局部失穩(wěn)；而反C型是朝翼緣方向屈曲，內(nèi)側(cè)腹板承擔(dān)壓應(yīng)力，可以減緩發(fā)生局部失穩(wěn)，對(duì)于這些構(gòu)件趙老師都提出了新的設(shè)計(jì)公式。

最后，趙老師介紹了不同類型的S690 HSS栓接節(jié)點(diǎn)的斷裂問題，分別應(yīng)對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)和輸電塔節(jié)點(diǎn)采用了典型的板-板連接和角-板（角鋼-槽鋼）連接，進(jìn)行了節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)研究，54個(gè)板-板試驗(yàn)，出現(xiàn)的破壞模式包括三種：整體斷裂Net section fracture，承壓破壞Bearing failure，塊狀撕裂Block tearing；38個(gè)角鋼-槽鋼連接試驗(yàn)中，研究了未連接的肢對(duì)連接肢受拉的貢獻(xiàn)這一難點(diǎn)問題。但這些設(shè)計(jì)都不滿足現(xiàn)行的各國規(guī)范公式，因此趙老師基于機(jī)器學(xué)習(xí)做了精確度很高的機(jī)器學(xué)習(xí)分析和設(shè)計(jì)的研究。

總結(jié)

趙老師的報(bào)告全面地展示了其研究團(tuán)隊(duì)近年來圍繞S690高強(qiáng)鋼與S960超高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能所做的一系列工作，對(duì)高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有很好的指導(dǎo)意義。

END

更多相關(guān)信息請(qǐng)到趙老師主頁查看：

https://dr.ntu.edu.sg/cris/rp/rp01025

講座錄播鏈接：https://b23.tv/8Ll4M8Z

來源于多樣化結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室VSL

排版 | 李嘉晨

審核 | 胡? ?楠