获奖项目名称:高延性钢结构损伤控制与韧性提升关键技术及应用
主要完成单位:北京交通大学、清华大学、中国建筑设计研究院有限公司、北京市建筑设计研究院股份有限公司、华南理工大学、鞍山钢铁集团有限公司、北京工业大学、维业建设集团股份有限公司
主要完成人:王萌、施刚、孙海林、甄伟、胡方鑫、刘明、徐慷、杨璐、石永久、班慧勇、杨维国、宗亮、牛永锋、王元清、仝云姗
二、项目背景
在双碳战略与韧性城市建设的双重驱动下，建筑结构亟需从性能跃升与功能优化两个维度同步突破：（1）性能需求层面：基于建筑业高质量发展需求以及强烈地震灾害频发的现状，迫切需要提出具有多重耗能机制、高效、高抗震性能的钢结构体系；（2）功能需求层面：基于抗震设计对结构体系预期损伤合理控制的需求，实现“震时损伤可控，震后功能可快速恢复”的韧性设计目标。基于上述迫切需求，本项目聚焦装配式钢结构体系“品质、效率、低碳”协同提升目标，形成了高延性钢结构损伤控制与韧性提升系统性解决方案。
三、创新成果
本项目从材料→构件→体系层次提出了高延性钢材复杂受力条件下的力学模型与关键工程设计参数→功能复合高性能韧性钢构件损伤控制机理与设计方法→具有多重耗能机制的高性能钢结构体系韧性提升方法的系统性解决方案，主要创新成果如下：
图1 技术原理
图2 高延性钢结构损伤控制与韧性提升关键技术及应用研究工作
（1）材料层面：
构建了复杂受力条件下系列高延性钢材力学模型，提出其关键工程设计参数。①系统揭示了不同牌号高延性钢在大应变、高温、高应变率等复杂条件作用下的循环强化特征、低周疲劳性能与损伤退化行为；②建立了高延性低屈服点钢考虑循环强化特征的本构模型、低周疲劳寿命预测模型及能够准确反映结构损伤退化行为的等效本构模型；③提出了高延性低屈服点钢材抗力分项系数建议值及高强度螺栓连接孔壁承压强度设计建议值。
（2）构件层面：
研发了系列集承载、耗能与可更换功能于一体的功能复合高性能韧性钢构件，揭示了损伤控制机理，建立其韧性设计方法。①研发了涵盖功能复合钢板剪力墙、配置可更换延性耗能连接组件钢框架节点、装配式高性能钢防屈曲支撑、具有高效加劲形式的延性剪切钢板阻尼器和配置可更换耗能板的钢结构柱脚节点的系列功能复合韧性钢构件；②系统揭示了系列韧性钢构件的损伤控制机理、协同工作性能与损伤演化路径，提出了考虑组件变形与循环强化特征的构件等效恢复力模型；③提出了兼顾性能提升、损伤控制与组件可更换功能的关键参数建议取值与优化设计方法。
（3）体系层面：
开发了具有多重耗能机制的高性能韧性钢结构体系，提出其损伤控制设计方法与韧性提升技术。①研发了以钢框架体系、钢板剪力墙体系、偏心支撑复合体系为代表的具有多重耗能机制的抗侧力结构体系；②揭示了各体系工作机理、协同耗能机制与损伤演化路径；③建立了考虑近、远场地震作用特性的钢板剪力墙体系等效加载制度；④提出了考虑抗震防线工作状态、韧性钢构件耗能行为和主体结构损伤程度的多阶段性能指标、损伤控制设计方法与韧性提升技术。
四、推广应用
主要技术成果纳入5部行业和团体规范/标准，授权发明专利8件、实用新型专利5件，发表高水平期刊论文62篇，并在三星堆古蜀文化遗址博物馆、南京扬子江国际会议中心等29个项目成功应用，对高延性低屈服点钢材的工程推广应用、高韧性钢构件和具有多重耗能机制的高性能韧性钢结构体系的设计应用具有重要推动作用。
