铁路工程用闪光对焊连接高强钢筋疲劳性能试验研究

针对铁路工程应用的HRB400、HRBF400、HRB500、HRBF500共4种规格的闪光对焊连接高强钢筋开展疲劳试验研究,其中每种规格的钢筋按直径可分为16mm、20mm、25mm和32mm四种类型。疲劳试验以高频疲劳试验为主,低频疲劳试验为辅,疲劳试验的应力比为0.2和0.4,试验共计完成285根试件,其中有效试件数253根,试件破坏数212根,试件未破坏数41根。得到各种规格高强钢筋的S-N曲线,共计19根,其中高频试验曲线16根,低频试验曲线3根,进而得出闪光对焊连接高强钢筋的200万次、500万次和1000万次疲劳寿命对应的疲劳应力幅,在统计分析的基础上,提出了考虑钢筋直径效应、疲劳应力比和钢材牌号影响的闪光对焊连接高强钢筋疲劳应力幅设计建议值计算式,为铁路设计规范的完善提供依据。     

铁路桥梁高强钢筋疲劳性能试验研究

为研究铁路桥梁常用高强钢筋的疲劳性能,论文以直径为16 mm的HRB400高强钢筋开展了疲劳性能试验,试验过程中应力比控制为0.4,夹持段进行去肋处理。论文对比分析了不同钢筋夹持段处理方式的优缺点,根据疲劳试验结果,采用双对数-双折线模型研究了高强钢筋在应力比荷载下的常幅疲劳S-N曲线。     

400MPa级细晶高强钢筋的疲劳S-N曲线研究

主要研究了400 MPa级细晶高强钢筋的疲劳性能.分别对规格为16 mm和25 mm的钢筋做了轴向疲劳试验,设定应力比为0.2,疲劳循环次数达到107时为疲劳极限,得出相应的S-N曲线,以及疲劳寿命方程。并分析了影响细晶高强钢筋疲劳寿命的主要因素。     

HRBF500钢筋混凝土梁受弯疲劳性能理论研究

针对配有细晶粒高强钢筋HRBF500的混凝土梁进行受弯疲劳性能的理论研究。基于疲劳试验结果,分析得到,影响HRBF500钢筋混凝土试验梁受弯疲劳性能及疲劳寿命的主要因素为疲劳荷载作用下纵向受拉钢筋初始最大拉应力和配筋率。分析研究试验梁疲劳试验的数据,提出了在满足疲劳荷载使纵向受拉钢筋初始最大拉应力不大于155MPa的情况下,考虑配筋率和疲劳次数影响的纵向受拉钢筋最大拉应力σmax计算公式,该公式的计算结果与试验结果吻合良好,可用于HRBF500钢筋混凝土梁疲劳寿命预测。同时拟合出了疲劳荷载作用下试验梁跨中挠度较静力荷载作用下的增长量计算公式,该公式的计算结果亦与试验结果吻合良好,由此推导出疲劳荷载作用下HRBF500钢筋混凝土梁跨中挠度计算公式。研究成果可用于HRBF500钢筋混凝土受弯构件的设计及疲劳寿命预测。     

HRB500高强钢筋闪光对焊焊接性能

针对工程应用前景广阔的HRB500高强钢筋,对其闪光对焊焊接试件的力学性能、维氏硬度、金相显微组织及疲劳强度进行试验研究与分析,主要结论为：HRB500高强钢筋闪光对焊焊接性能良好,闪光对焊前后其强度和冷弯力学性能变化不大,焊件拉伸断口形貌具有明显延性断裂特征,且断口远离焊缝位置;闪光对焊使焊接接头区域产生贝氏体,从母材向焊缝区域过渡,维氏硬度先增大后又有所降低,焊缝位置的维氏硬度与钢筋母材相当;由S-N曲线模型和升降法得到母材与焊件的疲劳强度及其发展规律,焊件的疲劳寿命更为离散,且普遍低于母材的疲劳寿命;对应200万次疲劳荷载作用时,焊件的疲劳强度较母材降低的更明显;对应107次疲劳荷载作用时,两者疲劳强度相当,仅约为其母材抗拉屈服强度的36%;焊件疲劳破坏大多发生于焊缝位置,且具有明显的疲劳破坏特征。     

HRB500高强钢筋闪光对焊焊接适用性研究

通过对HRB500高强钢筋及其闪光对焊焊接试件开展静力、疲劳性能试验,探索HRB500高强钢筋闪光对焊的适用性,其中试件直径包括16,20,25,32mm,采用现场常规焊接工艺,焊接接头不进行后处理加工。试验结果表明:焊接试件屈服强度随直径的增大而下降,但下降幅度不大,均能满足其屈服强度标准值要求;其塑性性能随直径的增大而有所下降,直径25mm及以下的焊接钢筋试件能满足规范要求,但直径32mm的焊接钢筋试件易出现脆性断裂现象。试件的疲劳强度尺寸效应显著,随直径的增大,疲劳强度明显减小,直径32mm的焊接钢筋试件的1000万次疲劳荷载对应的应力幅仅约为直径16mm焊接钢筋试件的55%。综合考虑延性、疲劳性能等,建议常规工艺水平下,直径32mm及以上的HRB500高强钢筋焊接连接不宜采用闪光对焊连接方式。     

高速铁路用HRBF500钢筋预应力混凝土梁疲劳性能试验研究

设计制作了2根配置500 MPa细晶粒(HRBF500)钢筋的预应力高强混凝土T形梁,通过实测预应力损失与理论计算比较,得出实测预应力损失大于理论计算值。基于疲劳荷载的试验,绘出HRBF500钢筋应力、钢绞线应力及梁跨中挠度曲线,分析配有细晶粒钢筋的预应力混凝土梁的疲劳性能。结果表明,在一定幅度的疲劳荷载(等幅)作用下,配有HRBF500钢筋的预应力高强混凝土梁,其钢筋、预应力钢绞线及跨中挠度均满足使用阶段规范的限值,即在HRBF500钢筋拉应力大于150 MPa条件下,经过250万次疲劳荷载作用后仍满足设计要求。     

高强钢筋应力与应变疲劳特性的试验和理论研究

为比较高强钢筋与HRB400钢筋在疲劳特性方面的差异,通过应力疲劳试验,获得HRB600E、HRB500E钢筋的容许应力幅值,分析钢筋直径对容许应力幅的影响;研究高强钢筋在等幅应变疲劳过程中的应力-应变循环特性,给出Coffin-Manson和Hollomon模型的拟合式和三参数疲劳计算式。首次用耗能韧度评价钢筋在应变疲劳过程中(或地震反复作用)消耗地震能量的能力。结果表明：钒-氮微合金化生产的HRB500E钢筋,其低周应变疲劳寿命和循环韧度均优于钒-氮-铌方法生产的HRB500E钢筋;高强度钢筋有利于提高疲劳寿命、容许应力幅值和总耗能韧度等;总耗能韧度与应变幅有关,增加应变幅值,总耗能韧度减小;相同应变幅值,T63E高强钢筋疲劳寿命比HRB400钢筋更长。最终建立总应变幅与强度损失系数、塑性应变范围的关系。     

HRBF500钢筋混凝土梁疲劳损伤机理研究

HRBF500钢筋是我国冶金行业新研发的超细晶粒高强钢筋。基于配有HRBF500钢筋混凝土梁疲劳试验结果,采用数值模拟计算方法,对其矩形和T形截面混凝土梁的疲劳寿命、疲劳损伤机理进行分析和研究。提出用剩余抗弯刚度来定义其疲劳损伤变量,建立了HRBF500钢筋混凝土梁疲劳损伤演化模型,根据试验结果分析出,HRBF500钢筋混凝土梁的疲劳损伤增长率均随受拉钢筋初始应力的增加而减少,并推出了模型相关系数(疲劳损伤增长率)表达式。结果表明,该模型能够很好模拟HRBF500钢筋混凝土梁的第一和第二阶段的疲劳损伤过程,且根据该模型可以实现对剩余疲劳寿命的预测。     

钢筋的高应变低周疲劳性能分析

利用MTSNEW810电液伺服材料试验机,对HRB400,HRB500钢筋的高应变低周疲劳性能进行研究。采用控制总位移幅不变、保持应变率恒定并通过引伸计监测记录应变值的方法,测定HRB500钢筋高应变低周疲劳过程中的循环应力应变曲线,通过Basquin和Manson-Coffin公式拟合得到各规格钢筋的疲劳寿命方程,从而得到循环应力与应变、应变与疲劳寿命的关系。实验结果表明,HRB500高强钢筋比HRB400钢筋在高应变低周疲劳性能方面具有明显的优势。     

HRB600级钢筋高强混凝土柱偏心受压性能试验研究

为研究HRB600级钢筋高强混凝土柱的偏心受压性能,以推动HRB600级钢筋的工程应用,进行了9根截面尺寸为600 mm×600 mm、混凝土强度等级为C60～C100的高强混凝土柱单调偏心加载试验,其中7根柱的纵筋为HRB600级钢筋,2根柱的纵筋为HRB400级钢筋。分析了钢筋强度、混凝土强度、配箍率及偏心距等参数对钢筋高强混凝土柱偏压性能的影响规律。研究结果表明:HRB600级钢筋高强混凝土柱的破坏特征、挠度曲线、截面应变分布规律与普通钢筋混凝土柱基本一致;大偏心受压状态下,HRB600级钢筋高强混凝土柱受压承载力较HRB400级钢筋高强混凝土柱提高了8.55%,且峰值后的荷载-挠度曲线下降平缓;随着混凝土强度、配箍率和箍筋强度的提高,其压弯承载力均有所提高;采用现行混凝土结构设计规范中的相关公式计算HRB600级钢筋高强混凝土柱的压弯承载力、平均裂缝间距与最大裂缝宽度,具有较好的可靠性。     

HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱抗震性能研究

为研究HRB600级钢筋高强高性能混凝土柱的抗震性能，进行了6根大尺寸方形截面(600mm×600mm)混凝土柱在高轴压比条件下的低周反复荷载试验，包括2根HRB600级钢筋普通高强混凝土柱和4根HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱，对比分析了各试件的破坏形态、滞回性能、承载力、刚度退化规律、延性和耗能能力。在试验基础上建立了HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱的恢复力模型。研究结果表明：钢纤维可以减小高强混凝土柱的裂缝宽度，有效防止混凝土保护层脱落，减小柱的残余变形，提高柱的震后恢复性能；HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱的变形能力良好，随着钢纤维掺量的增加，高强混凝土柱的位移延性系数逐渐增大；基于试验数据建立的HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱恢复力模型计算精度良好；该类型柱可较好地满足现行抗震设计规范要求，宜于推广应用。     

HRB600级钢筋高强混凝土柱的轴心受压性能

为了解HRB600级钢筋高强混凝土柱的轴心受压力学性能,对5根截面尺寸为600 mm×600 mm、不同设计参数的高强混凝土柱进行轴压试验,其中4根柱的纵筋为HRB600级钢筋,1根柱的纵筋为HRB400级钢筋。在试验基础上,采用非线性有限元模型进行数值模拟,探讨混凝土强度、配箍率及箍筋强度等设计变化参数对HRB600级钢筋高强混凝土柱轴压性能的影响规律,对中、美、日三国《混凝土结构设计规范》中轴压承载力计算法的适用性进行验证。研究结果表明:随着混凝土强度等级的提高,HRB600级钢筋高强混凝土柱的承载力明显提高,轴压刚度有所提高,荷载-变形曲线下降段变陡;随着配箍率的增大,柱的承载力、延性有所提高,轴压刚度略有提高;随着箍筋强度的提高,柱的承载力、轴压刚度变化不大,但其峰值后的性能改善明显;当HRB600级钢筋的抗压强度值取500 MPa时,按中、美、日三国《混凝土结构设计规范》推荐的承载力计算式都有足够的安全储备。     

关于高强钢筋应用技术

正主要技术内容高强钢筋是指现行国家标准中规定的屈服强度为400MPa和500MPa级的普通热轧带肋钢筋(HRB)和细晶粒热轧带肋钢筋(HRBF)。普通热轧钢筋(HRB)多采用V、Nb或Ti等微合金化工艺进行生产,其工艺成熟、产品质量稳定,钢筋综合性能好。细晶粒热轧钢筋(HRBF)通过控轧和控冷工艺获得超细组织,从而在不增加合金含量的基础上提高钢材的性能,细晶粒热轧钢筋焊接工艺要求高     

高强钢筋在某工程中的应用

高强钢筋是指现行国家标准中的规定的屈服强度为400MPa和500MPa级的普通热轧带肋钢筋（HRB）和细晶粒热轧带肋钢筋（HRBF）。普通热轧钢筋（HRB）多采用V、Nb或Ti等微合金化工艺迚行生产,其工艺愳熟、产品货量稳定,钢筋综合性能好。钢筋的高强化是工程结构发展的重要方向,使用高强钢筋可以节约资源,实现经济的可持续发展。     

HRBF500钢筋混凝土大偏心受压柱承载力的试验研究

通过对7根HRBF500钢筋混凝土偏心受压柱和1根HRB400钢筋混凝土偏心受压柱的试验,对500MPa细晶粒钢筋混凝土偏压柱性能有了初步了解.分析了荷载-钢筋应变、混凝土应变曲线以及破坏形态的特点.试验研究表明：500 MPa细晶粒钢筋和普通的HRB400钢筋一样,当作为受力主筋用于受压构件时,其强度能得到充分的利用.在试验和理论分析的基础上,提出了HRBF500钢筋在混凝土柱中的强度设计取值为450 MPa和受压承载力计算公式的建议.     

高强混凝土梁抗弯疲劳性能的试验研究

本文通过对11根配有新Ⅲ级钢(20MnSiv)的高强混凝土简支梁的静载和等幅疲劳荷载试验,分析研究了受弯构件的疲劳特性,给出了压区混凝土应力,纵向受拉钢筋应力的计算方法及钢筋的疲劳强度设计值,得到了作为控制梁的疲劳承载能力极限状态的S-N曲线,并提出高强混凝土受弯构件在等幅疲劳荷载作用下正截面疲劳设计方法.     

直径10mm和14mm钢筋约束搭接连接力学性能试验研究

螺旋箍筋约束搭接连接在钢筋外围配置螺旋箍筋并灌浆,以约束搭接区域横向变形,从而提高搭接连接性能。目前,常用的灌浆材料为80MPa高强灌浆料,具有强度高、性能可靠等特点;但成本较高、对施工速度要求高。针对这一问题,本文拟通过12个试件的单向拉伸试验,开展搭接区采用C30细石混凝土浇筑的螺旋箍筋约束搭接连接受力性能试验研究;其中搭接钢筋直径分别为10mm和14mm,规格分别为HRB400和HRB500,搭接长度均为1.0la。试验结果表明:所有试件钢筋屈服前混凝土表面均未开裂;破坏时采用HRB400级和HRB500级直径10mm钢筋试件中钢筋被拉断,采用HRB400级和HRB500级直径14mm钢筋试件中混凝土出现劈裂裂缝且钢筋均已屈服。综上可见,采用C30细石混凝土浇筑的螺旋箍筋约束搭接连接用于小直径钢筋连接时钢筋搭接长度取1.0la可以满足受力要求,用于大直径钢筋连接时建议采用1.2la;此种连接构造可用于HRB500级高强钢筋的连接。     

配置HRB600E高强钢筋的混凝土柱抗震性能试验研究

HRB600E钢筋是一种新型高强度钢筋,为改善矩形柱抗震性能并推广HRB600E级高强钢筋的应用,通过对6个配置HRB600E钢筋的不同轴压比、不同钢筋强度和纵筋配筋率的混凝土矩形柱进行低周往复荷载试验,得到试件的滞回曲线、骨架曲线和纵筋应变曲线。对比分析高强钢筋混凝土柱的破坏特征、滞回特性、骨架曲线、刚度退化等抗震性能指标。研究结果表明:配置HRB600E高强钢筋的混凝土柱的破坏特征与配置普通钢筋的混凝土柱相似;通过减小轴压比或增加钢筋强度均能改善配置HRB600E高强钢筋试件的滞回特性、减缓刚度退化、提高试件的抗震性能;配置高强钢筋的构件与高强混凝土配合使用时受力性能更优。     

HRB500E高强抗震钢筋电渣压力焊对比试验

随着HRB500E高强抗震钢筋的推广应用,国内各钢厂都相继研制出HRB500E高强抗震钢筋产品,通过对22,25的HRB500E高强抗震钢筋母材和焊接接头进行对比试验,分析HRB500E高强抗震钢筋电渣压力焊性能。试验结果证明,HRB500E钢筋可以进行电渣压力焊,施工中应按照"小电流、短电渣时间"的工艺特点,降低接头过热倾向。当钢筋母材实测抗拉强度小于1.12倍抗拉强度标准值,或在1.12倍标准值附近时,进行电渣压力焊后接头质量较易满足标准要求。