Q690D钢材十字形焊接接头高温后的断裂破坏试验研究

为研究Q690D高强度钢材及焊缝连接件在常温和高温后的断裂性能,选取代表实际梁柱节点局部焊接构造的十字形焊接节点试样,完成了常温和一系列高温后Q690D钢材和ER80-G焊缝金属的单轴拉伸试验,得到了钢材和焊缝金属在不同高温后的弹性模量、屈服强度、极限强度和延伸率。开展了常温和高温后十字形焊接接头的单调拉伸试验和超低周循环试验,研究了Q690D高强度焊接接头的断裂机理,探讨了过火温度、加载制度对焊接接头断裂性能的影响。结果表明:当钢材和焊接接头的过火温度高于600 ℃时,钢材和十字形焊接接头的强度降低,其变形能力开始增大; 800 ℃高温后Q690D钢材的强度降低,但ER80-G焊缝金属的力学性能无明显变化,导致焊接接头经受800 ℃高温后,在单调荷载作用下,其断裂破坏未发生在焊缝处,而发生在母材位置; 循环荷载作用下焊接接头的承载能力和变形能力都低于单调荷载的情况; 试验得到钢材、焊缝金属和焊接接头的力学性能指标,为发展考虑火灾后效应的断裂分析模型提供了基础试验数据。     

奥氏体型S30408不锈钢角焊缝连接拉伸试验研究

为研究奥氏体型S30408不锈钢角焊缝连接接头的承载性能,对6个正面角焊缝连接试件和5个侧面角焊缝连接试件进行了拉伸试验,测得焊缝连接试件在拉伸作用下的极限荷载,以及焊缝强度、焊缝随荷载的变形情况,并对焊缝的破坏状态进行了观察。试验结果表明：正面角焊缝连接接头焊缝断裂面呈底部垂直于芯板表面而上部接近30°斜截面的不规则撕裂状,其抗拉强度平均值742 MPa,焊缝平均变形量为2 875 mm。侧面角焊缝连接接头焊缝断裂面较为平整,接近45°理论值,其剪切强度平均为506 MPa,焊缝平均变形量为4 387 mm。正面角焊缝连接试件焊缝抗拉强度为侧面角焊缝连接试件剪切强度的1.47倍。正面角焊缝和侧面角焊缝连接试件承载力试验值均高于CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》和欧洲规范Eurocode 3的设计值,CECS 410:2015规程中对于正面角焊缝和侧面角焊缝连接试件承载力设计值的规定过于保守;欧洲规范Eurocode 3对正面角焊缝连接试件承载力设计值的规定也较为保守,而对侧面角焊缝连接试件承载力设计值的规定较为合理。     

单面焊接H形截面短柱极限承载力研究

通过单面焊接H形截面短柱极限承载力试验和相应的有限元计算与分析 ,表明在静力荷载条件下 ,较薄腹板构件的极限承载力对单面角焊缝接头并不敏感 ;但在腹板较厚的构件中 ,角焊缝的相对熔深对其极限承载力有一定的影响。     

双相型S22053不锈钢角焊缝连接拉伸试验研究

焊缝连接广泛应用于不锈钢结构生产和装配领域,但目前国内外专门关于不锈钢焊缝连接承载性能的研究较少。为研究国产双相型S22053不锈钢角焊缝搭接接头的承载性能,对6个正面角焊缝连接试件和5个侧面角焊缝连接试件进行了拉伸试验,测得了焊缝连接在拉伸作用下的极限荷载、极限强度等,并对焊缝随荷载的变形情况进行了测量。试验结果表明：正面角焊缝连接试件破坏截面平均角度约29°,并非45°理论值,其极限强度平均值973MPa,焊缝平均变形量为1.139mm。侧面角焊缝连接试件破坏截面平均角度约46°,比较接近45°理论值,其极限强度平均为637MPa,焊缝平均变形量为1.792mm。正面角焊缝连接试件焊缝极限强度为侧面角焊缝连接试件的1.53倍。     

单面角焊缝连接的H形钢构件抗剪极限承载力

报告了 1 2个试件的抗剪极限承载力试验。试验结果表明 ,在单调静力荷载条件下 ,单面连接角焊缝有良好的承载和变形性能 ,对H形截面钢构件腹板剪切失稳后的极限承载力的不利影响很小 ,可以按照钢结构设计规范有关规定计算腹板抗剪极限承载力。     

局部加强的三面围焊角焊缝力学性能研究

在三面围焊角焊缝的情况下,德国规范规定正面角焊缝加强,即正面角焊缝焊脚尺寸比侧面角焊缝焊脚尺寸要大,并在正面角焊缝和侧面角焊缝相邻部分增加一个侧面角焊缝过渡段进行加强。该过渡段是在侧面角焊缝计算长度之外,不考虑受力。为此,设计了18个Q235钢材双盖板加强型角焊缝和6个使用中国规范构造要求设计的角焊缝,在搭接板类节点中进行受力状态和承载力的对比分析。使用ANSYS进行对双盖板三面围焊角焊缝轴向拉伸性能的研究,包括荷载-位移曲线、破坏现象、应力集中等。结果表明:按照德国规范设计的角焊缝承载力更大,应力分布更均匀,出现应力集中情况较少,延缓了焊缝段的破坏,正面角焊缝和侧面角焊缝的过渡加强段几乎同时达到破环,有效利用了侧面角焊缝的强度。因此,局部加强的三面围焊角焊缝能够一定程度地提高三面围焊的力学性能。     

H形截面构件中单面角焊缝接头的承载性能:Ⅰ焊缝熔深和接头抗剪承载力试验研究

在轻型钢结构建筑中采用的以单面角焊缝连接翼缘和腹板的组合H形截面钢构件 ,其焊缝接头性能尚未得到充分的试验验证。为此进行了两个基础性系列试验 :对单面角焊缝接头的 5 7个试件通过金相分析测定熔深 ,对 2 6个试件进行焊缝抗剪试验。试验结果表明 ,在单调静力荷载条件下 ,单面连接角焊缝有良好的承载和变形性能 ,可以按照钢结构设计规范有关规定计算其设计承载力。     

正交异性钢桥面板顶板竖向加劲肋焊接接头疲劳性能试验研究

正交异性钢桥面板的疲劳问题是目前研究的主要热点之一。该文针对国内钢桥面板顶板竖向加劲肋焊接接头的构造细节,通过振动型疲劳试验机开展了18个试件的弯曲疲劳试验,研究了普通角焊缝和熔透角焊缝在不同加载应力幅下的疲劳性能,分析了焊接接头的应力集中系数,并与有限元分析结果进行了对比,得到了普通角焊缝和熔透角焊缝焊接接头疲劳寿命大小;同时采用BS5400、JSSC、Eurocode 3以及我国钢结构设计规范（GB 50017—2003）规定的S-N曲线对试验结果的疲劳强度进行了评定。研究表明：钢桥面板竖向加劲肋焊接接头熔透角焊缝的疲劳性能总体上优于普通角焊缝,对我国钢桥面板竖向加劲肋焊接接头的开裂前的疲劳性能建议采用BS5400-F2的S-N曲线（35MPa）进行设计和评价;并且两者焊接接头的应力集中系数约为2.4左右,其中熔透角焊缝受到焊接工艺的影响其应力集中系数较大,须在焊接后对其进行焊趾表面处理,以进一步提高疲劳性能。     

高强度钢材焊缝连接试验研究

结合《高强钢结构设计规程》编制工作,针对3种不同强度的高强度钢材焊缝连接的力学性能进行试验研究。分别对9个对接接头焊缝进行拉伸试验,得到3种材料焊缝的拉伸应力-应变关系,通过对18个角焊缝搭接接头进行的拉伸试验观测其破坏形态,并依据平均焊脚尺寸计算了角焊缝的极限强度。试验结果表明,随着钢材强度的提高,焊缝连接受拉破坏形式依然呈延性破坏,但破坏程度逐渐增大且呈现出脆断倾向。数据分析表明,正面角焊缝接头的刚度大于侧面角焊缝,且正面角焊缝的极限强度至少可以达到侧面角焊缝的1.43倍。     

ASTM A240 S32101双相不锈钢GMAW焊接工艺改进研究

ASTM A240 S32101双相不锈钢凭借着优异的机械性能及耐腐蚀性能,越来越被人们熟知并广泛应用。良好的焊接工艺不但可以优化焊接过程提高生产效率更能降低能耗及污染物的排放。经工艺评定及各项试验验证,采用熔化极气体保护焊（GMAW）,选用与之相匹配的焊材,适宜的焊接参数,严格控制层间温度和焊接线能量,焊接后焊接接头具有与母材相近的组织与良好的力学性能。它特别适用于要求经济地熔敷大量焊缝金属的长焊道焊接。对简单形状的结构可进行自动焊接。     

Experimental and FE analysis of submerged arc weld induced residual stress and angular deformation of single and double sided fillet welded joint

Submerged arc welding is well-known for its very high deposition rate and thus the capability to join very high thickness metal pieces in large structural applications. Fillet joints are mostly used in structural applications which can be extensively seen in shipbuilding, bridge construction, house buildings, automobile or any other large structures. Thermal stresses generates in a fusion welded joint due to high temperature gradient, which is the cause of the residual stresses upon cooling followed by the angular deformation and failure of the welded structure. As an effect of the thermal gradient, the induced longitudinal, transverse residual stress & angular distortion can vary in single sided and double sided submerged arc welded fillet joints, during designing & manufacturing welded structures which should be taken into account. The main objective of this paper is to quantify the amount of residual stresses and angular deformation in a fillet welding joint. An elasto-plastic thermomechanical model has been developed for predicting residual stresses. A comparison of the residual stress and angular deformation between single and double sided fillet weld joint has been made. The simulation results reveal that the amount of residual stress present in the single sided fillet weld is more and unbalanced in both side of the center of weld line compared to the double sided fillet weld and the predicted results have been matched with the experiments as well as published literatures.     

隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形梁与箱形梁异形节点抗震性能试验

对圆弧加强隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形梁与箱形梁异形节点和基本型异形节点进行循环加载试验,研究了贯通隔板圆弧扩大头构造对异形节点抗震性能的影响,获得了该类节点的破坏模式、滞回性能、承载力和塑性转角等抗震性能参数。基于试验结果和力学分析,建议了异形节点域的抗弯、抗剪计算模型,推导了异形节点域的抗弯、抗剪承载力计算公式。结果表明:基本型异形节点滞回曲线劣化明显,节点在刚度较大、几何突变的箱形梁翼缘对接焊缝边缘脆断;隔板圆弧加强异形节点的滞回曲线饱满,承载能力和刚度退化不明显,主要破坏模式为在隔板圆弧加强区形成塑性铰,梁翼缘对接焊缝延性开裂;加载至节点破坏时,贯通隔板与柱壁板间焊缝未发生撕裂破坏,节点域内轻骨料混凝土未压碎或拉裂,轻骨料混凝土与隔板和柱壁板间未发生剥离或滑移;隔板圆弧加强异形节点的塑性转角可达0.038~0.056 rad,承载力较基本型异形节点提高21.5%~56.2%。     

高温下带栓钉连接件型钢混凝土界面剪力传递性能研究

通过20个高温下带栓钉连接件型钢混凝土短柱推出试验及2个常温下的对比试验,研究其破坏形态、荷载-滑移特性、界面剪切承载力等。试验结果表明：高温下带栓钉连接件型钢混凝土推出试件的破坏形态与常温下大致相同,破坏以栓钉外侧混凝土劈裂为主;与常温下试件的荷载-滑移曲线相比,高温下推出试件荷载-滑移曲线的上升段相对平缓,在较小的荷载作用下即产生相对滑移,滑移刚度相对减小;当升温最高温度的持续时间相同时,试件的界面剪切承载力随最高温度的提高而降低,其中从常温到最高温度达到400℃以前,试件的界面剪切承载力随最高温度提高下降很快,而最高温度超过400℃以后,界面剪切承载力随最高温度提高下降的趋势减缓;当升温最高温度一定时,随着最高温度持续时间的增加,试件的界面剪切承载力降低。引入高温下界面剪切承载力影响系数,提出高温下带栓钉连接件型钢混凝土界面剪切承载力计算式,计算结果与试验结果相比总体偏于安全。     

轴心受压焊接H形钢短柱高温下局部稳定性能试验研究

为了研究Q235和Q460轴心受压焊接H形钢短柱高温下的局部稳定性能,采用恒温加载方式分别对6个Q235和6个Q460轴心受压焊接H形钢短柱试件进行常温和高温下的局部稳定性能试验,得到了常温和450、650℃下试件的翼缘和腹板局部稳定破坏形态,根据极限应变法和曲线拐点法确定试件在常温和高温下的临界荷载。采用我国现行《钢结构设计规范》和已有文献中关于局部稳定的计算方法计算试件的局部稳定临界应力,并和试验结果进行对比。研究表明：试件在高温下和常温下的破坏形态基本相同;与常温下局部屈曲承载力相比,高温下Q460高强钢试件的局部屈曲承载力较Q235普通钢试件下降幅度大;采用规范公式计算高温下焊接H形钢短柱翼缘和腹板的局部稳定临界应力与试验结果差别较大。     

高温下钢筋桁架楼承板中栓钉抗剪性能研究

对15个试件进行常温和高温下推出试验,研究钢筋桁架楼承板中栓钉的抗剪性能,得到混凝土楼板和栓钉不同位置处的温度分布以及栓钉受剪承载力随温度的退化规律。试验结果表明,钢筋桁架楼承板中栓钉在常温和高温下的破坏均为栓钉剪断破坏,栓钉根部混凝土局部压碎,但是与平板混凝土板中栓钉的破坏位置不同,所研究的栓钉剪断破坏的位置在钢梁上翼缘处,而不是在栓钉根部焊缝处,这也在很大程度上导致了钢筋桁架楼承板中栓钉受剪承载力比平板混凝土板中栓钉低。钢筋桁架楼承板中栓钉的受剪承载力和刚度均随温度的升高而降低。通过对试验数据的分析,提出了钢筋桁架楼承板中栓钉高温下受剪承载力和荷载-滑移曲线的计算方法。     

Cyclic testing of beam-to-column connections with weld defects and assessment of safety of numerically modeled connections from brittle fracture

This paper concerns the assessment of significance of weld defects in beam-to-column connections. Four full-sized beam-to-column connections with weld defects were tested under cyclic loads. When the unfused regions created by partial joint penetration groove welds were reinforced by fillet welds so that the welded joints have a sufficient cross-sectional area, ductile cracks grew stably and, in consequence, the connections showed sufficient deformation capacity. The connections with weld defects at the root of welds sustained a quick extension of ductile cracks and, eventually, failed by brittle fracture. Test results were reproduced well by non-linear FE analyses. Fracture toughness properties of numerically modeled weld defects were evaluated by using a recently developed fracture mechanics approach. The results of evaluation were found to correspond well with test results.     

基于微观断裂机制的XK型相贯节点极限承载力分析

采用基于微观断裂机制的空穴扩张模型（VGM）和应力修正应变模型（SMCS）对XK型相贯节点进行断裂预测,分析了有限元模型中考虑焊缝构型与否对断裂预测结果的影响。通过与试验结果的对比,证明了合理考虑焊缝构型在相贯节点断裂预测中的重要性,验证了VGM模型用于预测相贯节点在单调荷载作用下延性断裂的适用性。分析了XK型相贯节点在腹杆轴力作用下的破坏模式和极限承载力。结果表明,XK型相贯节点可能在受拉腹杆与弦杆之间的焊缝处发生断裂,这种破坏模式属于强度破坏,节点极限承载力应取该断裂荷载|XK型相贯节点也可能在受压腹杆与弦杆相交处因过大的塑性变形而破坏,此时,节点极限承载力应取荷载-弦杆变形曲线的峰值荷载。XK型相贯节点的破坏模式与节点几何构造和腹杆受力状态有关。