结构钢材在火灾引起的高温下将失去大部分强度和刚度,会造成建筑钢结构的破坏甚至倒塌。武汉钢铁(集团)公司自主研发生产了新型WGJ高性能耐火结构钢,兼具强度高、耐火、耐候等特性。本文以WGJ高性能耐火钢的研制为基础,研究了高性能耐火钢焊接工形构件(包括轴压构件与受弯构件,即柱与梁)在常温与高温下的整体稳定性能与设计方法。本文的主要工作包括以下几个方面:(1)高性能耐火钢的材料力学性能研究是最重要的基础工作,其材料性能的特殊性将对结构整体稳定产生影响。本文进行了常温与高温下的标准材性试件静力拉伸试验,测定钢材的各项力学性能指标,并拟合得到不同温度下的钢材应力-应变关系计算公式。(2)结合高强钢与高性能钢构件的研究经验,截面残余应力是影响构件整体稳定的因素之一。本文采用分割法测量了3个高性能耐火钢焊接工形截面试件的残余应力分布,研究了板件宽厚比、板件间残余应力的相互关系、钢材耐火性能等因素对残余应力的影响。在此基础上提出了焊接残余应力分布模型与计算公式,为构件整体稳定性能研究奠定了基础。(3)对不同截面尺寸、长细比的7个高性能耐火钢焊接工形轴压试件、6个受弯试件进行常温下的静力加载试验研究,研究其失稳模态与极限承载力。(4)建立了焊接工形构件的有限元模型并通过与本文及国内外其他学者的试验结果对比,验证了有限元模型在常温与高温下的可靠性。采用经过验证的有限元模型,编写了Python语句进行参数化建模,对高性能耐火钢焊接工形构件在常温与高温下的整体稳定性能进行了参数分析,研究了几何初始缺陷、截面残余应力、钢材力学性能、温度等参数对整体稳定性能的影响。(5)通过大量有限元分析,计算得到耐火钢焊接工形轴压构件、受弯构件在常温与高温下的整体稳定承载力,并将计算结果与各国规范对比分析。在此基础上,对我国现行《钢结构设计规范》与《建筑钢结构防火技术规范》提出改进意见,建立了适用于耐火钢焊接工形构件的常温与高温整体稳定设计方法,推动耐火钢构件在我国的工程应用。