高温后结构钢材单调拉伸和循环荷载试验研究

现有的火灾后钢材残余特性研究大多着眼于钢材在高热下或升温后的残余静力特性,而对过火后钢材在循环荷载作用下的滞回和抗震特性鲜有研究。对于建筑结构和桥梁中常用的Q235和Q355两种钢材,对其进行了500～1 000℃的模拟火灾加热处理,并进行自然冷却或浸水冷却。对于冷却后的钢材试样进行了单向拉伸试验和2种不同荷载变化规律下的循环加载试验,得到了模拟温度和不同降温方式对于两种钢材滞回特征的影响规律。由试验结果可得,在受到的最高温度不高于600℃时,Q235和Q355钢材在自然冷却和浸水冷却后的单向拉伸和往复荷载工况下,其强度等级和弹塑性强度发展特征均与相应的未进行加热处理的钢材相似。当过火温度高于600℃时,自然冷却后Q235和Q355钢材的初始屈服强度会随过火极限温度的升高而逐渐下降。但在循环荷载影响下,钢材存在循环硬化效应,且该效应将随着过火极限温度的升高而逐渐显著。高温经历所导致的强度削弱会逐渐恢复。Q235和Q355钢材在循环荷载作用下的滞回刚度会逐渐下降,且极限温度和冷却方式会影响滞回刚度的下降幅度。高温过火且浸水冷却条件下,Q235和Q355钢材循环硬化效应显著,弹性域增长显著...     

锈蚀H型钢梁受弯性能试验研究

为研究锈蚀对H型钢梁受弯承载性能的影响,从大气环境锈蚀3年的H型钢构件上分别截取了标准拉伸试件和钢梁试件,开展了锈蚀钢材单调拉伸和锈蚀钢梁受弯性能试验,研究了锈蚀钢材屈服强度、极限强度、延伸率与截面面积损失率之间的关系,揭示了锈蚀钢梁屈服荷载、极限荷载随强轴惯性矩损失率的变化规律,提出了锈蚀H钢梁抗弯承载力计算方法。研究结果表明,随着锈蚀程度不断增大,锈蚀钢材屈服强度、极限强度、钢梁屈服荷载和极限荷载逐渐下降。     

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。     

高温下螺栓球节点受拉性能试验研究

为了研究空间网架结构螺栓球节点高温下的受力性能,通过18个螺栓球节点试件高温下的受拉试验,得到了不同温度下螺栓球节点试件受拉承载力。试验结果表明:高温下试件破坏截面均位于高强度螺栓螺纹处,温度低于400℃时,试件发生脆性断裂;温度不小于400℃后,试件破坏时的截面颈缩明显,发生延性破坏。随着温度升高,螺栓球节点试件的刚度、极限荷载逐渐降低;温度超过300℃后,节点试件刚度、极限荷载下降很快。根据试验数据拟合得到了螺栓球节点受拉极限荷载折减系数表达式。与已有的高温下高强度螺栓材料的受拉屈服强度和极限强度折减系数相比,螺栓球节点的相应折减系数更低。     

PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式节点#br# 受拉性能试验研究

为得到新型PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式框架节点的受拉性能、并初步验证其抗震性能，开展了6个方钢管混凝土节点试件的受拉试验，试件类型包括普通方钢管混凝土节点、普通方钢管混凝土外隔板式节点、新型的PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式节点以及去除外隔板后的PBL加劲型方钢管混凝土节点。通过对比分析各试件的破坏特征、初始刚度、屈服和极限荷载、变形组成、支板或隔板应变与应力分布，着重研究了PBL纵肋的设置对新型节点受拉性能的改善，以及去除外隔板对新型节点受拉性能的影响。研究结果表明：相较于普通方钢管混凝土节点和普通方钢管混凝土外隔板式节点试件，PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式节点试件由于同时设置了外隔板和PBL纵肋，因此其在拉力作用下不仅初始刚度、屈服荷载和极限荷载得到大幅度提升，而且节点区域的变形集中得到了明显的缓解，节点附近的应变和应力分布变得更加均匀。因此，新型框架节点具有优越的传递钢梁翼缘拉力的能力，可以实现地震作用下的梁端屈服破坏模式，应具有优越的抗震性能。而在新型节点的基础上去掉外隔板后，试件的初始刚度、屈服和极限荷载、节点区域附近的应变和应力分布均匀程度均有一定程度的降低，即其传递钢梁翼缘拉力的能力有所降低。该文研究成果可为进一步开展新型节点的受拉承载力计算方法、节点抗震性能的研究奠定基础。     

高强Q960钢高温后力学性能试验研究

为了研究高强Q960钢在火灾后的力学性能,对过火温度为300~900℃的高强Q960钢试件进行了稳态拉伸试验,得到其在自然冷却和浸水冷却条件下的应力-应变曲线、弹性模量、屈服强度和极限强度.结果表明:600℃是高强Q960钢强度发生明显变化的临界温度,将试验结果与普通Q235钢、Q345钢和高强Q460钢、Q690钢、S960钢进行比较,发现不同种类钢材经历高温后的力学性能退化程度并不相同;根据试验结果,建立了高强Q960钢高温后力学性能折减系数随温度变化的拟合公式,拟合结果与试验结果吻合较好.     

Study on damage connection behavior of weld in steel frame I of beam-to-column ： experiment

选取20个钢框架全焊接梁柱节点局部试件进行单向拉伸和拉压循环试验,记录了试件的破坏模态和应力-应变曲线,分析了材料强度、加载方式、板件厚度、宽度等参数对节点局部焊缝性能的影响,研究了焊缝开裂对节点损伤的影响。试验表明,循环加载会显著削弱焊接试件承载能力和变形能力,导致焊缝的开裂和破坏;焊缝在循环荷载作用下,受压的塑性发展会削弱焊缝延性;焊缝开裂和板件屈曲是节点损伤的两大主要因素,焊缝中裂纹发展导致节点承载力下降和刚度损伤;板件屈服后的局部屈曲对节点的损伤有待进一步研究。     

钢框架梁柱节点焊缝损伤性能研究Ⅰ：试验研究

选取20个钢框架全焊接梁柱节点局部试件进行单向拉伸和拉压循环试验,记录了试件的破坏模态和应力 应变曲线,分析了材料强度、加载方式、板件厚度、宽度等参数对节点局部焊缝性能的影响,研究了焊缝开裂对节点损伤的影响。试验表明,循环加载会显著削弱焊接试件承载能力和变形能力,导致焊缝的开裂和破坏;焊缝在循环荷载作用下,受压的塑性发展会削弱焊缝延性;焊缝开裂和板件屈曲是节点损伤的两大主要因素,焊缝中裂纹发展导致节点承载力下降和刚度损伤;板件屈服后的局部屈曲对节点的损伤有待进一步研究。     

PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式节点受拉性能试验研究

为得到新型PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式框架节点的受拉性能、并初步验证其抗震性能,开展了6个方钢管混凝土节点试件的受拉试验,试件类型包括普通方钢管混凝土节点、普通方钢管混凝土外隔板式节点、新型的PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式节点以及去除外隔板后的PBL加劲型方钢管混凝土节点。通过对比分析各试件的破坏特征、初始刚度、屈服和极限荷载、变形组成、支板或隔板应变与应力分布,着重研究了PBL纵肋的设置对新型节点受拉性能的改善,以及去除外隔板对新型节点受拉性能的影响。研究结果表明:相较于普通方钢管混凝土节点和普通方钢管混凝土外隔板式节点试件,PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式节点试件由于同时设置了外隔板和PBL纵肋,因此其在拉力作用下不仅初始刚度、屈服荷载和极限荷载得到大幅度提升,而且节点区域的变形集中得到了明显的缓解,节点附近的应变和应力分布变得更加均匀。因此,新型框架节点具有优越的传递钢梁翼缘拉力的能力,可以实现地震作用下的梁端屈服破坏模式,应具有优越的抗震性能。而在新型节点的基础上去掉外隔板后,试件的初始刚度、屈服和极限荷载、节点区域附近的应变和应力分布均匀程度均有一定程度的降低,即其传递钢梁翼缘拉力的能力有所降低。该文研究成果可为进一步开展新型节点的受拉承载力计算方法、节点抗震性能的研究奠定基础。     

国产Q690高强钢高温下力学性能试验研究

通过国产Q690高强钢的稳态试验研究,得到20~800℃下钢材的试验现象、应力-应变关系曲线、力学性能参数,并将所得试验结果与相关规范和已有研究进行比较。研究发现：随温度升高,试验后钢材表面及断口形貌区别明显,应力-应变关系曲线的初始线弹性段缩短、极限应力对应应变减小、下降段趋于平缓;弹性模量、屈服强度和抗拉强度等力学性能指标随温度升高而降低;而断后伸长率在200~500℃时相较于常温值有小幅度下降,600℃后明显增加;当温度低于500℃时,不同名义屈服强度折减系数之间存在较大差异。目前已有研究建议的钢材高温力学性能模型并不适用于Q690高强钢,通过试验结果拟合得到了高温下Q690钢力学性能模型,以期用于Q690钢材的钢结构抗火安全评估与设计。     

梁柱全焊节点高温后抗震性能试验研究

梁柱全焊节点在建筑钢结构中广泛应用,其火灾后受力性能对整个结构灾后承载安全至关重要。通过5个梁柱全焊节点试件高温冷却后的低周反复加载试验,研究了高温过火对其承载力、延性和耗能能力的影响规律。试验过火温度介于500~800℃之间,冷却方式为自然冷却。试验结果表明,所有试件均发生梁柱翼缘对接焊缝处的断裂破坏。高温冷却后试件的抗弯承载力较未过火试件有所降低,延性和耗能能力有所提升,变化幅度统一呈现随过火温度的升高先增大后减小的变化规律。当过火温度为700℃时,节点承载力降低最大,降低幅度约为20%;同时节点延性和耗能能力提升最多,增大幅度分别约为14%和13%。研究成果可为火灾后钢结构安全性鉴定提供参考。     

火灾高温后6061-T6铝合金挤压型材残余力学性能研究

为评估火灾高温后6061-T6铝合金挤压型材的残余力学性能,设计加工了16个标准试件,通过静力拉伸试验和往复滞回试验,研究了过火温度、冷却方式、过火时间等因素对火灾高温后铝合金残余力学性能的影响规律.基于试验数据,得到如下结论:1)火灾高温后,材料弹性模量变化不大,但材料屈服强度、极限强度和断裂强度显著下降;2)过火温度和过火时间是影响强度的主要因素,冷却方式影响不大,温度越高、时间越长,强度下降越明显;3)采用Ramberg-Osgood模型,对火灾高温后材料的循环加载骨架曲线进行拟合,得到循环荷载下的应力-应变关系骨架曲线,为火灾高温后;铝合金结构的抗震性能和抗风性能评估提供了依据.     

圆钢管混凝土悬臂长柱压弯剪性能研究

为了进一步研究各参数对大长细比圆钢管混凝土柱压弯试件受力性能的影响,在试验的基础上,采用非线性有限元软件ABAQUS 6.12分析了轴压比、混凝土强度、钢材选取、含钢率以及柱身弯矩分布等参数对试件的破坏模式、初始刚度、极限承载力等静力性能的影响。分析结果表明:试件轴压比和含钢率的变化能显著影响圆钢管混凝土的承载力;采用C60等级混凝土时,试件的初始刚度、承载力会相应提高;而采用C40级和C50级混凝土时,其承载力等提高并不明显;钢材屈服强度对试件的初始刚度没有明显变化,而其极限承载力有小幅度增加;随着柱顶弯矩的增加,试件的初始刚度和极限承载力均有所下降且下降程度较快;当两个方向所受的力相同时,试件的承载力降低程度最大。     

钢结构侧面角焊缝高温后力学性能

开展了43个侧面角焊缝连接试件高温冷却后的拉伸试验,过火温度介于200~900℃,冷却方式包括自然冷却和泼水冷却.采用三直线模型计算高温后侧面角焊缝极限抗剪强度变化系数.结果表明:高温后侧面角焊缝破坏截面与钢板平面的夹角基本呈45°,表明焊缝是在剪切应力作用下发生破坏;过火温度超过400℃后,侧面角焊缝极限抗剪强度开始显著下降,过火温度为700℃时焊缝极限抗剪强度降幅约为25%;过火温度超过700℃后侧面角焊缝极限抗剪强度有所回升,冷却方式对焊缝极限抗剪强度的回升程度有显著影响;以三直线模型计算的高温后侧面角焊缝极限抗剪强度变化系数结果与试验值吻合良好.     

碳纤维复合板材修补损伤方钢管梁受弯性能试验研究

为研究具有不同初始损伤的方钢管梁在粘贴碳纤维复合材料(CFRP)板后的受弯性能,设计3组共6根不同初始损伤的方钢管梁试件,以梁跨中截面底部不同深度的切口表征其初始损伤,对其进行三点受弯静力试验研究。对3组试件的试验过程、破坏特征进行比较,并绘出相应的荷载-挠度曲线,得到修补前后的屈服荷载和极限荷载以及不同荷载水平下CFRP板上的应变分布情况。研究结果表明:CFRP板修补损伤方钢管梁能够有效提升钢梁的屈服荷载,但只能有限提高其极限荷载;当初始损伤增大时,CFRP板的修补效果更显著;梁最终破坏模式没有因修补而改变。为了避免CFRP板过早剥离,需要在板端采用机械锚固的方式确保CFRP板与钢梁的共同工作。     

高温自然冷却后Q460高强钢高强度螺栓受剪连接力学性能试验研究

为了评估Q460高强钢高强度螺栓受剪连接高温自然冷却后的力学性能,采用电炉对受剪连接试件加热至目标温度后再自然冷却至常温,通过拉伸试验研究了过火温度、过火处理方法对受剪连接试件力学性能的影响。结果表明：不同的过火温度和过火处理方法对试件内部的表观特征以及在拉伸试验中的试验现象、板材间和板材与螺栓间的接触状态的影响是不同的;自然组主要是由于高温导致螺栓预紧力减小,而后装组主要是由于高温后板材表面新产生的浮锈引起抗滑移系数改变。不同过火温度和过火处理方法对试件的极限荷载、极限位移和抗拉刚度有很大影响;自然组试件的极限荷载和抗拉刚度总体随着温度的升高而减小,极限位移总体随着温度的升高而增加;后装组试件的极限荷载总体随着温度的升高而减小,而极限位移随着温度的升高而增加,抗拉刚度与常温试件基本一致。试件在高温自然冷却后表现出了较好的延性,试件的破坏形态均为其中一侧芯板外侧螺栓孔处净截面拉断。     

Q345钢材和Ⅱ级对接焊缝动态拉伸试验研究

对两种不同厚度的Q345钢材和Ⅱ级对接焊缝连接件分别进行了落锤冲击动态拉伸试验,并与相同规格钢材试件静态拉伸试验结果进行了对比,研究了应变率对钢材和对接焊缝的破坏形态、屈服强度、极限强度及伸长率等动态拉伸力学性能指标的影响规律。试验结果表明,钢材在动态拉伸时表现出脆性断裂破坏趋势;对接焊缝连接件的破坏发生在母材区,焊缝保持完整,因此II级及以上对接焊缝试件的强度和延性可视为与母材相同。与静力拉伸试验结果相比,10mm厚钢材的伸长率稍有增大,断面收缩率变化不大;18mm厚钢材的伸长率变化不大,断面收缩率明显减小。随着应变率的增大,两种厚度钢材的屈服强度和极限强度有一定程度的提高,而伸长率和断面收缩率有降低的趋势。     

CFRP加固损伤钢梁有限元分析

研究了碳纤维复合材料粘贴损伤H型钢梁翼缘表面用于结构补强与加固的技术特点,对不同层数CFRP布加固受弯钢梁进行有限元分析。得到了加固前后的荷载-应变曲线和荷载-挠度曲线,分析CFRP用量对钢梁的破坏模式、屈服和极限荷载、刚度的影响。结果表明,加固钢梁屈服、极限荷载和刚度有不同程度的提高,随着加固层数的增加对结构极限状态的影响要高于对屈服状态的影响。     

Experimental research on sismic performance of PEC column-steel beam frame connected by endplate

为了研究部分包裹混凝土组合（PEC）柱-型钢梁端板连接框架结构抗震性能,通过改变端板厚度和柱含钢率,对3榀端板连接复合框架模型进行低周反复荷载试验。分析了组合框架层间滞回特性、承载力、抗侧刚度、耗能能力、节点转角延性、层间位移和屈服机制等抗震性能。结果表明：框架的层间屈服机制为先期梁端截面形成塑性铰,后期柱根部屈服,实现了利用塑性屈服耗能的设计目标;节点域填充混凝土形成斜压带传力模式,满足了节点域薄腹板的抗剪需求;端板厚度由12mm增加到20mm,试件承载力增加2%,试件初始刚度提高22.44%,节点转角延性系数提高10.00%,耗能能力增加12.87%;柱截面含钢率由15.5%增加到19.4%,试件承载力提高13.00%,初始刚度提高50.77%,耗能能力增加9.80%,但节点转角延性系数降低3.4%。试件破坏时层间位移角均超过抗震规范弹塑性层间侧移角限值1/50,且试件承载力退化系数仍达到0.96,结构具有良好的屈服机制和抗震性能。     

部分包裹混凝土组合柱-型钢梁端板连接框架抗震性能试验研究

为了研究部分包裹混凝土组合(PEC)柱-型钢梁端板连接框架结构抗震性能,通过改变端板厚度和柱含钢率,对3榀端板连接复合框架模型进行低周反复荷载试验。分析了组合框架层间滞回特性、承载力、抗侧刚度、耗能能力、节点转角延性、层间位移和屈服机制等抗震性能。结果表明:框架的层间屈服机制为先期梁端截面形成塑性铰,后期柱根部屈服,实现了利用塑性屈服耗能的设计目标;节点域填充混凝土形成斜压带传力模式,满足了节点域薄腹板的抗剪需求;端板厚度由12 mm增加到20 mm,试件承载力增加2%,试件初始刚度提高22.44%,节点转角延性系数提高10.00%,耗能能力增加12.87%;柱截面含钢率由15.5%增加到19.4%,试件承载力提高13.00%,初始刚度提高50.77%,耗能能力增加9.80%,但节点转角延性系数降低3.4%。试件破坏时层间位移角均超过抗震规范弹塑性层间侧移角限值1/50,且试件承载力退化系数仍达到0.96,结构具有良好的屈服机制和抗震性能。