低温环境中Q345qD对接焊缝力学性能与冲击韧性

焊接钢桥在低温环境的断裂评估对焊接节点的力学性能及冲击韧性随温度变化规律研究提出了迫切的需求。本文对Q345qD对接焊缝进行了硬度测试、低温拉伸试验和低温冲击试验,得到焊接接头的硬度分布规律和5个温度点下强度、塑性、断裂及冲击韧性等参数,提出屈服应力、极限应力和冲击功随温度变化的关系曲线。结果表明,随环境温度的降低,Q345qD对接焊缝的屈服应力和极限应力有所增加,屈强比减小,冲击韧性下降,塑性指标和断裂应力没有明显变化。与高强度钢材对接焊缝相比,Q345qD对接焊缝冲击功中弹性功占比较小,对温度的敏感性更高。     

基于缺口应力法的薄板焊接接头疲劳性能评估

为验证缺口应力法在板厚小于5 mm的薄板焊接接头疲劳评估的适用性,开展了Q345qD薄板焊接接头疲劳性能试验,获得了薄板焊接接头疲劳试验数据,结合有限元分析计算的焊接接头缺口应力集中系数,绘制了缺口应力疲劳寿命曲线,确定了薄板焊接接头疲劳曲线斜度值和疲劳等级值,与已有研究成果进行比较,发现Q345qD薄板焊接接头具有更高的疲劳曲线斜度值和疲劳等级值,研究结果可供实际工程中疲劳性能评估做参考。     

免涂装耐候钢腐蚀后的疲劳试验研究

裸露使用的耐候钢,表面带锈的同时还可能承受疲劳荷载。为了获得腐蚀后耐候钢的疲劳性能,对经过24 d乙酸盐雾循环试验后的Q355NHD耐候钢及其焊接试件的疲劳性能进行了试验研究,并对涂装后的Q345qD普通钢进行了疲劳试验。试验结果显示:腐蚀后的耐候钢疲劳裂纹均起始于腐蚀较严重的试件上表面;相同疲劳寿命下,腐蚀后的耐候钢疲劳强度介于焊接试件与普通钢之间。通过试验数据确定试件的应力-疲劳寿命(S-N)曲线,并利用极大似然估计等方法计算存活率-应力-疲劳寿命(P-S-N)曲线以及置信水平-存活率-应力-疲劳寿命(γ-P-S-N)曲线。计算结果表明,随着存活率以及置信区间的提高,估算的疲劳寿命偏于保守。     

钢材强度对钢桥面板焊缝疲劳强度的影响

针对钢桥面板顶板与U肋构造细节,通过振动疲劳试验机开展20个试件的弯曲疲劳试验,研究钢材强度对连接焊缝疲劳强度的影响,同时采用名义应力法与热点应力法,结合我国JTG D64—2015、日本JSSC颁布的《道路钢桥设计指南》、国际焊接协会IIW document XIII-1965-03/XV-1127-03给出的S-N曲线,对试验结果的疲劳强度进行评定。研究表明:随着钢材强度的提高,疲劳寿命略有缩短,裂纹扩展寿命的缩短幅度大于萌生寿命;高强钢的疲劳强度与传统钢材总体相当,97.7%存活率下Q345q D试件与Q420q D试件的疲劳强度相差在10%以内;基于热点应力法评估顶板与U肋细节时,建议采用75 MPa强度等级疲劳曲线。     

高性能桥梁钢典型焊接接头疲劳性能试验研究

针对Q500qE高性能钢两种典型焊接接头,包括对接焊缝和横向角接焊缝,设计疲劳试件。其中对接焊试件包括两种形式,分别为板厚56mm和8mm的对 接焊试件;横向角接焊缝试件的主板厚56mm、附连件厚20mm。对三组试件进行了有限元分析,掌握了试件的应力分布状况及薄弱环节,验证了试件设计的合 理性。随后针对三组试件展开了疲劳试验,掌握了不同类型焊接接头的破坏位置及破坏形式。根据试验结果拟合出了三组试件的S-N曲线,并与普通钢的疲 劳性能进行比较,表明Q500qE高性能钢的这两种典型焊接接头的疲劳强度略高于普通钢。采用目前规范规定的疲劳强度容许值进行抗疲劳设计是合理可行的,并且具有足够的安全余量。     

高温自然冷却后Q345钢材疲劳性能试验研究

为研究火灾后钢材承受机械振动、风致振动和车辆振动等动力荷载的疲劳性能,通过升温、自然冷却和疲劳试验,对室温和经历250~750℃高温自然冷却后的40个Q345钢材试样进行轴向拉伸疲劳性能试验研究。结果表明：不同高温自然冷却后Q345钢材疲劳断口的破坏特征存在明显差异,裂纹扩展区和瞬断区的面积随温度升高而发生变化;Q345钢材在室温或经高温自然冷却后的疲劳断口具有典型韧窝组织,受热温度不超过500℃时韧窝组织随温度升高而增多变密,受热温度为750℃时韧窝组织减少、变浅且大小分布不均匀,主要表现为具有撕裂痕迹的类解理破坏;经高温自然冷却后Q345钢材的疲劳寿命随着温度增加而呈先增加后减小的变化趋势,与常温下钢材的疲劳寿命相比,500℃以内时,疲劳寿命随温度升高而增加,最大增幅为277.18%,750℃时疲劳寿命下降了65.27%。根据试验结果,建立不同高温自然冷却后Q345钢材的概率S-N曲线模型,利用该模型可对火灾后Q345钢结构的疲劳性能进行有效评估。     

CFRP加固焊接钢结构的疲劳性能试验研究

由于焊缝自身的缺陷,导致大部分焊接钢结构是由于焊接接头的疲劳断裂而失效。碳纤维增强复合材料(CFRP)加固焊接钢结构应用研究较少,尤其是焊接构件加固之后的疲劳性能的试验和分析。通过试验和计算对比,定量分析对接焊Q345钢板在采用CFRP布加固前后的疲劳性能的改善,并基于BS7608标准,采用有限元软件ANSYS对CFRP布加固焊接Q345钢板进行受力分析,运用S-N曲线预估构件加固后的疲劳寿命。结果表明:CFRP布加固可有效增大焊接钢构件的疲劳寿命;合理修正S-N曲线后,可较准确的预估构件加固后的疲劳寿命。此次研究得到了较准确的结果,对焊接钢构件采用CFRP布加固后疲劳寿命的设计有参考意义。     

低屈服点钢LYP100单调与循环拉伸试验研究

对47个LYP100低屈服点钢焊接试件进行单向拉伸和反复拉伸加载试验,研究其在不同加载制度下的应力-应变曲线、荷载-位移曲线、骨架曲线、破坏机理和延性特征.结果表明:试件横截面厚度是影响其耗能能力的重要因素,12mm试件的耗能能力明显优于6mm试件;焊接接头对试件的破坏有不利影响,带焊接接头的试件在循环加载作用下疲劳损伤累积效应显著,容易发生脆性破坏,延性变差;LYP100低屈服点钢与Q345钢、Q460钢焊接后,试件的强度提高,循环荷载作用下强度硬化现象明显,但是其延性变差.     

频率效应对Q345钢疲劳行为的影响

本文对结构用钢Q345的低周、超低周以及高频试验疲劳行为进行了研究。实验在常温下岛津电液伺服疲劳试验机和QBG-100高频疲劳试验机上进行。低周疲劳试验采用轴向应变控制方法,恒定应变速率为0.005 s~(-1),应变比为-1。超低周疲劳试验采用加载频率控制。高频试验通过增减砝码质量(激励质量)的数目来改变系统的谐振频率,应用共振原理测试高频下试件的载荷-周期(S-N)试验数据。实验结果表明,在同一应力水平下,加载频率更高的高频试验条件下的试件寿命总体上比低频率的低周疲劳试验试件的寿命长。超低周疲劳试验中,随着加载应力的提高,试件寿命曲线逐渐下降,通过频率-寿命(f-N)图可以看出,随着加载频率的增加,试件寿命有所提高。通过SEM扫描电镜对三种试件断口进行观察,可以发现低周及超低周疲劳试验试件的裂纹多从表面起源,高频试验既有表面起源的裂纹也有从内部萌生的裂纹,破坏形式主要取决于加载应力和材料性质,与加载频率无太大关系。     

埋弧焊线能量对Q345qD钢焊接接头性能的影响

以板厚为16mm的Q345qD为母材,采用埋弧自动焊工艺,通过改变焊接电流和焊接速度来改变焊接线能量,对3组试板进行拉伸和冲击试验,并观察了焊缝金属显微金相组织,分析了焊接线能量对焊缝金属强度和韧性的影响。结合实验数据,得出如下结论:线能量过高将严重损害接头韧性,适当降低线能量可以得到强度和韧性均优良的焊接接头。