现代高性能钢结构体系的关键基础理论、体系创新与性能化设计方法

本项目立足现代钢结构工程新材料、新体系、新理论和新方法发展的科学问题，依托深厚的研究工作基础和优越的试验设备条件，拟采用分析计算、结构试验和理论研究等方法，系统研究高性能结构钢材和连接的非线性本构关系，研究高性能钢结构基本构件及节点的力学性能，提出发挥高性能结构钢材优势的新型结构体系，揭示新型高性能钢结构体系在各种工作状态下的受力特征和破坏机理，发展分析钢结构弹塑性失稳、断裂破坏全过程的实用化计算方法，并结合足尺结构构件、节点和整体结构模型试验，研究新型钢结构体系的静动力稳定性和抗震性能，提出现代钢结构体系的性能化设计指标和设计方法。本项目致力于解决现代钢结构体系创新的关键基础理论和设计方法，研究成果为发展安全可靠的新型钢结构体系奠定理论基础，为促进新型钢结构体系的工程应用提供科学依据，在此基础上制订现代钢结构体系的设计施工技术指南和技术规程。

建筑钢结构向超高层和超大跨度方向发展，体型更加复杂多样，结构钢板厚和截面尺寸也越来越大，需要发展新型高效、节能环保的高性能钢结构体系及性能化设计方法。. 本项目依托深厚的研究工作基础和优越的试验设备条件，采用数值计算、结构试验和理论分析等方法，系统研究高性能结构钢材的力学性能，建立单调和循环本构模型和焊接截面的残余应力分布模型；研究高性能结构钢材的连接性能，建立焊缝连接的循环本构模型，确定螺栓连接的承压和抗剪承载力计算指标；研究高强度钢结构构件基本受力性能，发展可考虑构件几何初始缺陷和残余应力分布模式的高强钢受压、偏压和受弯构件在外荷载作用下失稳全过程的计算模型，分析计算其整体稳定性、局部稳定性、承载力和变形能力；研究高性能钢结构体系基本受力性能，包括高强度钢材框架结构、低屈服点钢防屈曲支撑和非加劲薄钢板剪力墙的抗震性能试验，并通过大量的参数分析建立高性能钢结构体系的抗震耗能指标和抗侧力性能指标；研究钢结构的高性能计算方法，包括损伤模拟和预测方法、断裂破坏模拟方法及多尺度分析方法，建立可应用于杆系结构分析的考虑损伤退化的钢材等效本构模型、可分析和预测断裂失效演化行为的新型分布粘聚元方法以及可应用于低屈服点钢防屈曲支撑框架的多尺度计算手段；研究高性能预应力钢结构典型构件基本力学性能、典型节点构造创新及可靠性设计，完成预应力柔性空间钢结构体系的静力和动力特性分析、创新了震后可恢复预应力钢框架体系，并进行抗震性能试验及高强索疲劳和承载性能试验，对索穹顶结构和非对称开口式整体张拉索膜结构分别提出了相应的性能指标和设计方法。基于以上研究成果，系统总结了现代高性能钢结构体系的关键基础理论，对结构体系与性能化设计方法进行了创新研究。. 本项目研究发表了79篇中外文期刊和会议论文，其中SCI收录12篇，EI收录42篇，在国内外进行了25人次学术和会议交流报告，主办3次学术会议，培养了2名博士后及27名博士和硕士研究生，授权9项专利，出版学术专著2本，获省部级科学技术奖4项。依据项目研究成果主编行业技术标准《高强钢结构设计规程》（征求意见稿），《预应力钢结构技术规程》（送审稿），取得了预期的研究成果。本项目研究为促进现代高性能结构体系的工程应用提供了科学依据，也为正在编制的行业技术标准提供了研究基础。