Q460高强型钢-混凝土组合柱抗震性能试验研究

Q460钢是能够满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》屈强比和延伸率要求的高强度建筑结构用钢,对Q460高强型钢-混凝土组合短柱抗震性能进行试验研究,通过2根Q460高强型钢-混凝土柱1∶3缩尺模型的滞回性能试验,对Q460高强型钢-混凝土柱的承载力、刚度、延性和耗能性能等抗震性能指标进行研究。结果表明,Q460高强型钢-混凝土组合短柱在试验中表现出优良的抗震性能,试件层间弹性位移角和弹塑性位移角平均值分别为1/87、1/25,优于GB 50011—2010对于多高层钢结构在多遇和罕遇地震下的要求。     

金属骨架结构对相变材料熔化过程的模拟研究

将金属骨架加入到纯相变材料(石蜡)制备复合相变材料，以纯相变材料、复合相变材料为研究对象，建立数学模型。采用有限元软件模拟相变材料的熔化过程。结果表明：均匀、x、y、z-复合相变材料完全熔化时间分别为460 s、660 s、460 s、470 s,减小x方向圆柱骨架半径可使完全熔化时间增加43%,减小y方向的圆柱骨架半径对完全熔化时间无影响，减小z方向圆柱骨架半径可使完全熔化时间增加2%。在相同时间内，复合相变材料的液相率明显高于纯相变材料，纯相变材料、均匀、xy-复合相变材料完全熔化时间分别为1 245 s、460 s、355 s,均匀、xy-复合相变材料的完全熔化时间分别比纯相变材料缩短了63.1%、71.5%。研究表明，金属骨架的加入可明显改善换热状况，xy-复合相变材料在强化换热方面优于均匀-复合相变材料。     

考虑应变时效影响的Q460C高强钢力学性能试验研究

为深入研究应变时效对Q460C高强钢基本力学性能影响,建立考虑应变时效影响Q460C高强钢应力-应变本构关系曲线,对经应变时效影响的Q460C高强钢进行了试验研究,分析了Q460C高强钢经应变时效后基本力学性能指标,采用修正Ramberg-Osgood模型对试验结果进行拟合。结果表明:Q460C钢经预应变后具有显著的应变硬化现象,屈服强度得到大幅提高,极限应变和断裂应变显著降低,屈强比接近1.0,结构发生脆性断裂的可能性增加; Q460C钢经时效后产生时效硬化现象,试件在各时效之间应力-应变曲线差别较小,经时效硬化后钢材的硬化程度低于应变硬化; 采用修正的Ramberg-Osgood模型能够较为准确地拟合经预应变及时效影响后高强钢的应力-应变曲线,拟合结果与试验结果具有较好的一致性; 研究内容可为相关工程应用和理论分析提供参考。     

高强角钢(Q460)单边连接时宽厚比限值试验研究

通过对Q460高强角钢单边连接的试验研究,指出我国GB50017-2003《钢结构设计规范》和ASCE10-1997《美国输电铁塔设计导则》对宽厚比限值公式的不足之处。根据具体试验数据和对Q460高强角钢单边连接时的局部屈曲性能的研究,推导出单边连接单角钢的实用宽厚比限值公式,用于Q460高强角钢单边连接时压杆设计。     

建筑结构用抗震耐蚀耐火钢Q460FRW低温冲击韧性性能分析

为验证建筑结构抗震耐蚀耐火钢Q460 FRW抗低温冲击性能的设计要求,用SANS型摆锤式冲击试验机对Q460 FRW钢开展抗低温冲击韧性试验,并进行了试样断口微观形貌的分析。根据GB/T 229—2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》,在-20、-40、-60℃环境温度下对10、28 mm两种规格Q460FRW钢试件进行抗低温冲击试验,获得了冲击能值A_(kV),得到了两个系列Q460FRW钢在各低温点的冲击强度随温度的变化规律,并对试件进行了室温和低温拉伸强度、屈服强度和延伸率试验。同时,用扫描电镜在放大1 000倍下对两种规格Q460FRW钢试件分析冲断后的断口微观形貌。试验结果表明:Q460 FRW钢在低温环境下能保持较高的冲击功和良好的冲击韧性。同时,在-20,-40,-60℃的低温环境下,冲击韧性随温度的降低而略有提高。两个系列Q460 FRW钢的纵向冲击功值均大于34 J,符合GB/T 19879—2005《建筑结构用钢板》的要求,在低温下满足抗冲击性能设计要求。扫描电镜观测分析表明,在冲击拉伸过程中,裂纹从试样中心的纤维区向外扩展,在裂纹区附近发生了较大的塑性变形,形成了较大的剪切缺口,表明它们都是韧性的,且从扫描电镜图中未看出断裂韧窝的大小和深度具有显著的差异。     

Q460GJ钢高温材性试验研究

通过对Q460GJ钢板(厚度为8,10 mm)进行高温材料性能试验,重点对Q460GJ钢高温应力-应变关系、屈服强度、极限强度进行研究。试验发现:随着温度升高,结构钢强度在300℃之前变化并不明显,而在此之后强度呈下降趋势。将试验结果与不同强度结构钢及其他国家技术标准进行的比较发现:Q460GJ钢比Q235及Q345钢和国外同等强度钢S460具有更好耐火性能,CECS 200∶2006《建筑钢结构防火设计规范》和欧洲钢结构设计技术标准EN 1993所给出的强度折减系数可以用于Q460的抗火设计。还进一步提出了高温下Q460GJ钢的材料模型,为更深入地研究钢构件及结构的耐火性能提供了依据。     

高强Q460钢高温冷却后力学性能研究

为了评估高强Q460钢高温冷却后的力学性能,采用电炉对高强Q460钢进行加热升温,再采用自然冷却或浸水冷却方式冷却,然后进行拉伸试验,获得了高温冷却后高强Q460钢的应力-应变关系曲线、屈服强度、极限强度、弹性模量和极限伸长率.将高温冷却后高强Q460钢和普通Q235钢的屈服强度、极限强度和弹性模量进行对比.结果表明:高温后高强Q460钢力学性能与常温下力学性能相比有所变化,尤其是当温度超过700℃时,变化基本较大;700℃后,不同冷却方式对高强Q460钢极限强度和极限伸长率影响较大,浸水冷却后钢材的极限强度明显高于自然冷却后钢材的极限强度,而浸水冷却后钢材的极限伸长率则明显低于自然冷却后钢材的极限伸长率;高强Q460钢弹性模量和屈服强度受冷却方式的影响较小;高温冷却后高强Q460钢与普通Q235钢屈服强度、极限强度和弹性模量折减系数存在差异.     

460MPa耐火钢高温力学性能研究

在MTS809材料试验机上,完成了460 MPa耐火钢在温度为100～600℃,以及温度为600℃时不同保温时间的高温拉伸试验,并进行了试样断口微观形貌的分析。试验结果表明:460 MPa耐火钢600℃的屈服强度满足设计强度的要求。     

高强度结构钢材Q460-C低温冲击韧性试验研究

高强度钢材在建筑行业中逐渐被应用,而随着钢材强度的增大,其韧性性能会有一定程度的退化,特别是在低温环境中更加明显。因此,有必要研究高强度建筑钢材的冲击韧性。通过对14 mm厚的高强钢材Q460-C进行低温下的冲击韧性试验,并将其夏比冲击功值与60,90,120,150 mm厚Q345的AKV值进行比较分析。结果显示,Q460-C的冲击韧性随温度的降低而下降,在20～-20℃,14 mm厚Q460-C钢材的低温冲击功值依次低于同温度下的150,120,90,60 mm厚Q345的AKV值,在低于―20℃时,Q460钢材的强度对其低温脆性的影响没有Q345钢材的厚度对其低温脆性的影响明显。同时,还利用Boltzmann函数对试验结果进行拟合分析,得到Q460-C钢材的韧脆转变温度为-11.1℃;最后对不同温度点下的冲击试件断口进行扫描电镜分析,观察到-20℃下冲断的试件断口形貌有相当的脆性特征,基本已完成了从韧性向脆性断裂的转变。试验表明,Q460-C钢材的低温脆性特征明显,应引起足够重视。     

高强钢组合K形偏心支撑框架抗震性能对比分析

为研究不同强度组合的高强钢组合K形偏心支撑框架结构的抗震性能,设计了一组不同强度(Q345、Q460、Q690钢材)组合的5层K形偏心支撑框架结构算例Q345-5、Q460-5和算例Q690-5,选取10条地震动记录对其进行动力时程分析,得到各算例在不同水准地震作用下的耗能梁段转角和层间位移角。研究表明：8度罕遇地震作用下,高强钢组合K形偏心支撑框架的层间位移角比传统K形偏心支撑钢框架大,各算例耗能梁段全部进入塑性变形阶段;塑性层间位移角到达规范限值时,算例Q460-5框架梁开始进入塑性变形阶段,算例Q690-5框架柱、框架梁和支撑均处于弹性变形阶段,还可以承受更大的地震作用;达到定义的极限状态时,与传统偏心支撑钢框架相比,算例Q460-5能够承受的地震作用和耗能梁段转角更小;算例Q690-5承受的地震作用和耗能梁段转角更大。     

Q460高强钢焊接H形柱轴心受压力学性能数值分析

为了考察国产Q460高强钢焊接H形柱的轴心受压力学性能,对6个已有焊接H形柱的轴心受压试验进行了数值分析。数值分析采用作者编制的数值积分法电算程序和通用有限元软件ANSYS。以考虑了实测初始挠度、初始偏心及简化残余应力分布的数值模型,计算Q460高强钢焊接H形柱轴心受压的极限承载力与荷载-挠度曲线。发现数值积分法与有限单元法所计算试件的荷载-挠度曲线基本重合。为了验证数值模型的准确性,将数值分析结果与已有试验结果进行对比;并通过对比简化残余应力分布模型与实测残余应力分布对试件极限承载力、荷载-挠度曲线的影响,检验简化残余应力分布模型的准确性。结果表明:考虑了初始几何缺陷及简化残余应力模型的数值积分法与有限单元法均可较为准确地预测Q460钢焊接H形柱的受压力学行为。采用简化残余应力模型预测Q460钢焊接H形柱极限承载力较实测残余应力分布偏保守。     

Q460D高强钢及其螺栓连接疲劳性能试验研究

为研究Q460D高强度钢材螺栓连接的疲劳性能,对Q460D高强钢母材、有孔板和螺栓连接3组试件进行了疲劳试验,拟合了Smax-N曲线,并与采用我国规范GB 50017—2003和美国规范ANSI/AISC 360-10相关公式的计算结果进行了分析对比。结果表明:疲劳试验数据总体较离散,但均在95%置信区间内,拟合的Smax-N曲线能反映不同应力幅下试件的疲劳寿命,具有较高可靠度;由于Q460D钢材硬度大,塑性变形能力较差,对缺陷比较敏感;有孔板和螺栓连接试件的应力集中系数均在2以上。其中母材、有孔板的疲劳极限应力试验值分别是采用GB 50017—2003相关公式的计算结果的2.01、1.45倍,是ANSI/AISC 360-10相关公式的计算结果的2.32、1.91倍;螺栓连接试件的疲劳极限应力试验值略低于GB50017—2003相关公式计算值,是ANSI/AISC 360-10的1.07倍,表明ANSI/AISC 360-10的相关公式更适用于Q460D高强钢螺栓连接疲劳性能的评估。     

高强度Q460钢柱抗火性能研究

采用恒温加载方式和振动法分别对Q460钢材高温下的强度和弹性模量进行试验研究,得到了Q460钢材的力学性能随温度的变化曲线。考虑高强钢Q460高温下力学性能和柱的初始缺陷,对常温下计算钢柱极限承载力的三种方法,即临界应力法、逆算单元长度法(ICSL法)和压杆挠曲线法(CDC法)进行延伸并得到Q460轴心受压柱高温下极限承载力。通过算例对三种方法的计算结果进行比较,并采用有限元分析对极限承载力计算结果进行验证。计算不同荷载比下高强度Q460钢柱的临界温度,将高强Q460钢柱与《建筑钢结构防火设计规范》CECS200:2006中给出的普通钢柱的高温极限承载力和临界温度进行对比。研究表明:高强度Q460钢高温下力学性能与普通钢差别较大,强度和弹性模量随温度升高降低较慢;三种方法计算高温下Q460钢柱极限承载力的结果基本一致并与有限元分析结果吻合较好;普通结构钢柱的稳定系数和临界温度与高强度Q460钢柱有较大差别,《建筑钢结构防火设计规范》CECS200:2006中给出的普通结构钢柱抗火设计结果不适用于高强度Q460钢柱。     

国家建筑节能检测标准将于7月1日起实施

国家住房与城乡建设部已于2009年12月发布第460、461号公告,批准<公共建筑节能设计标准>与<居住建筑节能检测标准>为行业标准,编号分别为JGJ/T177-2009和JGJ/T132-2009,自2010年7月1日起实施.     

Q460C高强度结构钢焊接H形和箱形截面柱低周反复加载试验研究

为充分了解高强度结构钢构件的抗震性能,采用Q460C高强度结构钢焊接制作H形和箱形截面柱试件各4个,进行固定轴压比为0.3的低周反复加载试验。试验测得了Q460C高强度结构钢H形和箱形截面柱的荷载 位移滞回曲线和弯矩 曲率滞回曲线。试验结果表明：宽厚比接近GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》中“一级抗震”限值的试件试验破坏模式为板件局部屈曲,而宽厚比远小于“一级抗震”限值的试件在柱底部可形成具有充分转动能力的塑性铰;宽厚比小于“二级抗震”限值的Q460C焊接 H形截面柱和小于“一级抗震”的Q460C焊接箱形截面柱具有良好的耗能能力和抗震性能。在试验基础上提出了Q460C高强度结构钢焊接H形和箱形截面柱的弯矩 曲率滞回模型,为高强钢结构在地震作用下的弹塑性静力分析和时程分析提供参考。     

高强钢焊接箱形截面压弯构件局部稳定试验研究

为研究高强钢压弯构件的局部稳定性能，对5个Q460C和5个Q690D钢焊接箱形截面构件进行了单向偏压试验，分析了其破坏形式、局部稳定性能以及承载力；将实测承载力与欧洲规范EN 1993-1、我国标准GB 50017—2017和美国规范ANSI/AISC 360-16相关公式计算结果相比较，以验证各规范对Q460C钢和Q690D钢焊接箱形截面压弯构件屈曲后强度计算的适用性。研究结果表明：所有高强钢焊接箱形截面压弯构件均在柱中附近发生局部屈曲破坏；由轴向压力-轴向压缩变形或轴向压力-水平位移曲线可知，其为极值点失稳；构件的轴向压力-水平位移或轴向压力-应变曲线的形状和局部屈曲模式有关；在翼缘宽厚比为28.1～56.3、腹板高厚比为40.2～80.4、偏心距为20～50 mm范围之内，EN 1993-1和GB 50017—2017中的屈曲后强度计算公式仍然适用于Q460C和Q690D钢焊接箱形截面压弯构件，而ANSI/AISC 360-16中的相关公式需要进一步修正。     

高强度Q460钢梁抗火性能研究(Ⅰ)——理论分析

为了得到高强度Q460钢梁高温下的抗火性能,采用有限差分法推导了高温下高强度Q460钢梁的截面温度计算方法并计算了温度分布,提出了钢梁各个组件温度的修正公式。基于常温下钢梁的整体稳定临界弯矩,根据Q460钢材的高温力学性能参数,分析得到了高强度Q460钢梁高温下临界弯矩和整体稳定验算参数;并利用等效刚度法考虑了温度不均匀分布的影响,研究了高强度Q460钢梁在不均匀温度下的极限承载力、临界温度和稳定系数。     

钢筋滚轧直螺纹套筒连接性能试验研究

采用英制460 MPa钢筋,对剥肋滚轧和直接滚轧直螺纹套筒接头进行一系列静载、动载试验研究。结果表明:直螺纹接头能够达到等强连接,剥肋滚轧直螺纹接头的变形性能优越于直接滚轧直螺纹接头;直螺纹接头性能等级能达到JGJ 107-2003Ⅰ级接头要求;在应力比为0.2的疲劳荷载下,英制460 MPa钢筋剥肋滚轧直螺纹接头的疲劳强度设计值可取为207 MPa。     

高强H形钢混凝土组合柱偏心受压性能试验研究

为研究高强H形钢混凝土组合柱的偏心受压性能以及验证采用国内外相关规范计算此类构件承载力的可行性,进行了1∶3缩尺的10根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与2根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱的偏心受压试验,研究型钢钢材牌号、相对偏心距、含钢率与箍筋间距对组合柱偏压承载力与延性的影响。研究结果表明：当型钢钢材牌号由Q235提升至Q460、Q690时,组合柱的承载力和延性均有明显提升,型钢钢材牌号为Q690的组合柱承载力提高幅度略高于Q460的,其位移延性系数提高幅度明显高于Q460的;增大相对偏心距和含钢率可显著提升高强H形钢混凝土组合柱的延性;较小箍筋间距有利于充分发挥Q690高强H形钢的材料性能。将试验结果与按我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、欧洲EN 1994-1-1:2004以及美国ANSI/AISC360-16得到的型钢组合柱偏压承载力计算结果进行对比。结果表明,按EN 1994-1-1:2004、ANSI/AISC360-16得到的高强H形钢组合柱偏压承载力计算结果与试验结果相差较大,总体上偏于保守;按JGJ 138—2016的计算结果与试验结果相差较小,当相对偏心距为0.2时计算结果总体上偏于安全,相对偏心距为0.6时偏于不安全。     

镀锌对Q460高强钢管轴压承载力影响的试验研究

随着输电线路电压等级的不断提高,杆塔结构荷载越来越大,高强钢以其强度高等特点在特高压输电钢管塔中得到了较为广泛的应用。然而,目前国内对Q460高强钢管承载力特性的相关研究较为匮乏,更没有涉及到镀锌Q460高强钢管。针对12组不镀锌Q460高强钢管及6组镀锌Q460高强钢管试件开展轴压试验,研究Q460高强钢管的承载力及变形特性,分析镀锌对高强钢承载力特性的影响规律。结果表明:Q460高强钢管的承载力比我国相关规范中对应设计值高20%以上;镀锌对钢管的稳定承载力有明显的提高作用。