学术前沿 | 走访东南大学钢结构研究团队

东南大学土木工程学院钢结构研究团队，在学术带头人舒赣平教授的带领下，主要从事钢结构理论与设计方法研究。团队现有研究人员7名，其中教授2人、副教授2人、讲师2人、工程师1人；在读博士生14名和硕士生27名，是一支结构合理、严谨求实、开拓创新、和谐奋进的研究团队。

▲ 研究团队

2019年11月18日上午，在《建筑结构学报》副主编李淑春的带领下一行3人走访了东南大学土木工程学院钢结构团队。土木工程学院副院长张建教授、团队负责人舒赣平教授、团队骨干范圣刚教授、陆金钰副教授、卢瑞华博士、郑宝锋博士、杜二峰博士及部分博士研究生参加了交流活动。

交流会上，张建副院长对编辑部的来访表示热烈欢迎，希望能够在未来推动并加强科研院校与国内期刊之间的交流与合作。舒赣平教授介绍了团队的基本情况，范圣刚教授和陆金钰副教授介绍了团队目前的主要研究方向。

团队目前的主要研究方向包括不锈钢结构基本设计理论与方法研究、钢结构抗火性能研究、新型钢结构体系的研发与应用、高性能材料在结构中的研究与应用、钢结构连续倒塌性能研究等，取得了突破性成果，具体如下：

一 不锈钢结构基本设计理论与方法研究

从2009年开始，团队围绕不锈钢结构的材料、构件、节点和体系等方面在国内率先开展了大量的试验研究和理论创新工作。完成了百余组不锈钢材料的拉伸试验，获得了奥氏体型、双相型、索氏体高强不锈钢等材料的力学性能参数，提出了相应的静力本构模型；开展了几十余组不锈钢材料的低周疲劳试验研究，揭示了其循环硬化特征，标定了不锈钢材料的非线性混合强化模型参数；进行了几十余组辊弯成型、冷拔成型、折弯成型、焊接成型不锈钢构件中的残余应力研究，提出了构件中残余应力的分布模式；完成了圆管、箱形、卷边C形等常用截面百余根不锈钢轴心受压构件、受弯构件、压弯构件的受力性能试验研究，建立了系统的基本构件承载力计算公式；开展了百余组不锈钢高强度螺栓和高抗滑移系数摩擦面的受力性能研究，开发了不锈钢高强度螺栓及高抗滑移系数摩擦面处理工艺；进行了十余组不锈钢相贯节点的受力性能研究，建立了相关节点承载力计算公式。

依据团队开展的相关试验研究和理论研究成果，团队牵头编制了我国第一部《不锈钢结构技术规程》（CECS410:2015），填补了国内在该领域的空白，并成功解决了中科院江门中微子等国家大型基础科研装备设计中的关键问题。

二 钢结构抗火性能研究

1 不锈钢结构体系抗火理论与设计方法

团队对不锈钢梁、不锈钢柱和不锈钢相贯节点抗火性能分别开展了试验研究和数值模拟，获取了常温和高温下不锈钢材料弹性模量、屈服强度和极限强度等力学性能参数与应力-应变曲线，建立了不锈钢构件抗火分析模型，揭示了不锈钢构件及节点在火灾下的行为反应和破坏机理，提出了不锈钢构件在火灾下临界温度及破坏温度的计算理论和设计方法，为完善不锈钢结构体系抗火设计做出重要贡献。

2 钢结构及组合结构抗火性能研究

在国内较早地研发了钢结构抗火设计及过火后钢结构加固修复设计的专家系统，为智能化抗火设计开拓路径和奠定基础。对高强螺栓连接、半刚性节点、带约束钢梁、压型钢板-混凝土组合楼板和装配式钢板-混凝土组合剪力墙开展了抗火试验和理论分析，提出了相应的抗火设计对策，为实际工程应用提供了理论参考。

3 基于性能化的大空间结构抗火性能研究

团队开展了国内首个大型整体门式刚架结构1：4缩尺模型真实火灾试验。试验模型长12.5 m、宽6 m、檐口高2.25 ｍ。通过试验研究了不同场景下火源及烟气的发展、火羽流中心线温度分布、室内空间和构件温度场、火焰辐射作用以及整体结构的力学响应。结合试验研究、数值模拟和理论分析，给出了大空间钢结构抗火设计建议。

三 新型钢结构体系的研发与应用

1 新型装配式钢结构住宅体系的研发与应用

团队与多家知名钢结构企业开展合作，对新型装配式钢结构住宅体系进行研发和应用。基于单边螺栓连接元件、抗侧力构件、梁柱高效连接节点等关键技术，提出了新型桁架式多腔体钢板组合剪力墙体系及装配式异形束柱钢框架支撑两种住宅体系，并获得国家十三五重点研发计划课题“新型框架钢结构体系建筑产业化技术与示范”的支持。

团队拥有2000t多功能反力架，可对大尺寸装配式结构部件进行足尺试验研究。研究成果已发表论文数十篇，申请并获批发明专利5项，正在编写《桁架式多腔体钢板组合剪力墙规程》和《装配式异形束柱钢框架-剪力墙（支撑）结构规程》等规程，以期为新体系推广和应用提供依据和保证。

2 新型空间结构体系开发及其力学性能研究

团队开发了全张力索杆结构、可展结构、自由曲面结构、智能结构等多种新型空间结构体系，系统研究了其力学性能与工作机理。包括：

1）基于半规则张拉整体开发出新型环箍-穹顶索杆结构体系，推导了全张力-自平衡构型设计公式并验证其几何稳定性，给出整体可行预应力及参数化结构构型，研究了体系静动力性能，揭示了结构断索倒塌破坏机理；

2）基于环形剪式铰开发了可实现快速折叠展开的剪式环撑索穹顶结构体系；

3）将传感器、作动器与控制器引入传统索穹顶，开发出一类高性能自适应智能索杆结构，建立了结构性能指标与作动器空间布置、作动方式等关键控制参数的关系，基于智能优化算法给出力学性能最优控制模式，并开展了缩尺模型试验；

4）实现机电一体化的径向整体开合屋盖结构体系，建立考虑轮轨特性、活动/固定屋盖耦合振动的开合屋盖精细化分析模型，开展了开合屋盖精细化分析技术、行进全过程动力性能与设计方法，以及缩尺模型试验研究；

5）提出一类波浪形自由曲面结构体系及其构型参数化快速成形技术、形态优化方法，针对该类结构的静力稳定性能和强震作用下的动力稳定性能做了系列研究。

四 高性能材料在结构中的研究与应用

1 高强钢受压构件稳定承载力研究

团队依托“十二五”科技支撑计划，对Q460、Q550、Q690高强钢焊接H形截面及箱形截面的焊接残余应力进行了测定，提出了残余应力的分布模型；设计加工了大吨位圆柱铰转动支座作为高强钢受压构件稳定承载力试验的加载装置，开展了高强钢受压构件整体稳定、局部稳定及相关稳定性能试验研究，并提出了高强钢受压构件的设计建议。

2 低屈服点钢板剪力墙及耗能器研发

团队依托“十二五”科技支撑计划，设计加工了四连杆水平加载装置作为低屈服点钢板剪力墙的加载装置，开展了两边连接低屈服点钢板剪力墙、四边螺栓连接低屈服点钢板剪力墙、带缝低屈服点钢板剪力墙的滞回性能试验研究；同时，设计并加工了二连杆水平加载装置作为低屈服点钢耗能器的加载装置，开展了弯曲型、剪切型及混合型低屈服点钢耗能器的滞回性能试验研究。

团队近5年在相关领域发表期刊论文20篇，其中SCI收录8篇，并申请多项发明专利。

3 形状记忆合金自复位耗能装置研究

团队瞄准“韧性结构”这一地震工程领域的研究热点，将SMA应用于土木工程领域，在对SMA材料力学性能进行深入研究的基础上，研发了多种基于SMA的自复位耗能装置，并开展了安装SMA自复位耗能装置的铰接钢框架-自复位耗能支撑子结构的试验研究，验证了自复位耗能装置的有效性，给出了自复位钢结构基于性能的抗震设计流程，为自复位钢结构的发展和性能化设计提供参考依据。

团队近年来发表相关学术论文11篇，其中SCI收录4篇，并申请多项发明专利。

五 钢结构连续倒塌性能研究

团队长期致力于钢结构的连续倒塌问题研究，并在多项国家自然科学基金资助下，紧密围绕空间钢框架结构，大跨管桁结构及张弦桁架的连续倒塌问题，开展了一系列理论及试验研究。通过空间钢框架的倒塌试验，提出了结构连续倒塌分析中的动力效应系数取值方法，以及钢框架结构的关键杆件判别指标和分析方法，编制了基于OpenSees平台的钢框架连续倒塌过程通用模拟OOM软件程序，提出了基于抽柱法的带断裂钢框架连续倒塌分析方法，并申请发明专利。

在大跨度空间结构领域内，钢结构团队开展了大跨管桁结构、张弦桁架结构倒塌试验，研发了一套适用于模拟拉索瞬间失效的装置，得到结构内力分布规律的同时，创新性的提出了增强张弦结构冗余度的增设备用索法，并申请发明专利。

六 课题组取得的成果

近年来，团队主持和完成国家科技支撑计划项目、国家重点研发计划项目、国际合作项目、国家自然基金项目以及省部级项目20多项，主编《不锈钢结构技术规程》和参编《钢结构设计标准》、《钢结构通用规范》、《装配式钢结构建筑技术标准》、《工业建筑抗震设计标准》等多部国家和行业标准，发表论文200多篇，其中SCI检索80余篇，出版专著2部，授权发明专利30余项。

团队注重理论研究成果的实践与应用，服务于国家重大工程项目，成功解决多个关键技术问题。研究成果先后荣获中国钢结构协会科学技术奖一等奖1项、中国工程标准化协会标准科技创新奖一等奖1项、江苏省科技进步一等奖1项等省部级奖励。

最后，李淑春副主编就《建筑结构学报》的稿件审理流程和编辑加工过程，回答了老师及同学们关心的问题，双方就当前国内外期刊现状、国内期刊定位、运营机制与转型、研究成果发布等方面展开交流。

通过此次交流走访，加深了编辑部与东南大学钢结构团队的相互了解。本次学术走访得到了东南大学舒赣平教授及其研究团队的大力支持和周到安排，在此《建筑结构学报》编辑部全体工作人员深表谢意!