导读

华南理工大学土木学科海外学者前沿讲座第六十八期，我们邀请到来自新加坡南洋理工大学，土木及环境工程学系的副教授赵欧为大家带来题为“S690高强钢与S960超高强钢结构构件和节点力学性能”的报告。本期讲座录播链接见文末或点击阅读原文。

日渐先进的钢材生产工艺大幅度提升了钢材的强度和可加工性。高强钢优越的力学性能使其在工程应用中具有显著优势。采用高强钢可降低结构的用钢量和重量，减少生产、运输和施工中各项资源消耗，有助于实现节能减排和可持续发展的战略目标。在本期的报告中，赵老师对基于S690高强钢与S960超高强钢构件开展的轴心受压、偏心受压和受弯下的局部屈曲、弯曲屈曲、弯扭屈曲和局部-整体相关屈曲等试验进行了介绍。

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首先，赵老师介绍了使用切条法对S690高强钢与S960超高强钢焊接而成的I形、π形和十字形截面进行残余应力测试得到的结果，并提出了相应的预测模型。此外还对S690钢在不同高温后I形截面的残余应力进行了测试，结果显示在600℃时残余应力会出现陡降，在800℃后接近于零。

为了研究不同截面的局部屈曲情况，分别对I形、π形和十字形、角钢和槽钢等截面的短柱进行了轴心受压测试。对S690高强钢与S960超高强钢的I形短柱在火灾后的轴心受压性能进行了试验，使用规范的设计条文与火灾后的材性数据进行组合设计分析。对不同截面和尺寸的角钢和槽钢截面进行了试验，对于角钢来说，现行规范中的设计方法并不精确。对于π形和十字形截面的试验，赵老师表示目前还没有完成分析，将在未来和大家进行分享。

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赵老师为了进一步研究不同截面S690高强钢和S960超高强钢梁在纯弯受力下力学性能及失稳模式，开展了一系列的四点弯曲试验。梁的截面类型包括S690 HSS焊接I型、S690 HSS槽型和S960 UHSS槽型截面。其中，对比S690 HSS槽型截面梁的两种破坏模式，发现在梁截面和弯曲轴相同的情况下，不同的弯曲方向会使梁的力学性能相差较大。依据试验结果，赵老师对比了EN 1993-1-12和AISC 360规范的设计分析结果，并提出了更为有效的设计方法。

赵老师开展了一系列长柱受压试验，分析在纯压受力下不同截面S690高强钢和S960超高强钢柱的三种整体失稳（flexural, local-flexural interactive and flexural torsional）模式。设计了一套试验装置使柱两端铰支，分别进行了力学试验和设计分析。试验结果表明，S690 HSS non-slender焊接I型截面柱主要发生整体失稳，S690 HSS slender焊接I型截面柱主要发生局部和整体的相关失稳。而对于S960 HSS non-slender和slender焊接I型截面柱失稳模式分别为弯曲失稳和局部-弯曲耦合失稳。类似地，S690 HSS non-slender和slender槽型截面柱的失稳模式分别为弯曲失稳和局部-弯曲耦合失稳。特别地， S690 HSS slender角型截面柱主要表现为弯曲-扭转失稳，其受压试验结果表明，该柱在截面尺寸一定的情况下，设计强度不受长度的影响。

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接下来，赵老师介绍了他们研究S690 HSS梁柱压弯试验和分析设计的内容。为了长、短梁柱在压弯荷载下的局部屈曲和整体屈曲行为，设计了梁柱压弯试验装置，分别进行了10个关于主轴和副轴的压弯破坏试验，得到了主要的屈曲模态。S960 UHSS焊接l型截面短梁柱，由于不适于各国规范，因此提出了相应的新设计。S960 UHSS焊接l型截面长梁柱压弯中会发生整体屈曲，因为长梁柱的破坏模式包含了整体屈曲和局部屈曲，影响因素很多，很难用一个公式来考虑这种复杂情况，现行的各国规范都不适用，因此赵老师提出了改进的新设计方法。针对S960 UHSS槽型截面，同样分别进行了短梁柱和长梁柱的压弯试验，其中短梁柱在副轴上出现的局部屈曲存在2种类似柱屈曲的不同形态，分别称为C型和反C型，其中C型是往腹板方向屈曲，翼缘会承担额外的压应力，会加速局部失稳；而反C型是朝翼缘方向屈曲，内侧腹板承担压应力，可以减缓发生局部失稳，对于这些构件赵老师都提出了新的设计公式。

最后，赵老师介绍了不同类型的S690 HSS栓接节点的断裂问题，分别应对梁柱节点和输电塔节点采用了典型的板-板连接和角-板（角钢-槽钢）连接，进行了节点试验研究，54个板-板试验，出现的破坏模式包括三种：整体断裂Net section fracture，承压破坏Bearing failure，块状撕裂Block tearing；38个角钢-槽钢连接试验中，研究了未连接的肢对连接肢受拉的贡献这一难点问题。但这些设计都不满足现行的各国规范公式，因此赵老师基于机器学习做了精确度很高的机器学习分析和设计的研究。

总结

赵老师的报告全面地展示了其研究团队近年来围绕S690高强钢与S960超高强钢结构构件和节点力学性能所做的一系列工作，对高强钢结构的设计具有很好的指导意义。

END

更多相关信息请到赵老师主页查看：

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

讲座录播链接：https://b23.tv/8Ll4M8Z

来源于多样化结构实验室VSL

排版 | 李嘉晨

审核 | 胡   楠