建筑结构钢材Q390GJD的疲劳性能试验研究

为研究结构钢的疲劳性能,促进GB 50017—2003《钢结构设计规范》关于结构钢设计条文的进一步完善和结构钢材的更广泛应用,并为今后的相关研究提供参考。通过常规试验方法对Q390GJD钢材光滑板试件进行轴向拉伸疲劳试验,测绘出能够描述其疲劳性能的S-N曲线,并用电子显微镜观测到试件疲劳破坏后的断面特征。试验结果表明:对于所研究的该批次Q390GJD钢,其疲劳性能相对于疲劳荷载非常敏感,根据试验得出的S-N曲线,该批试件在N为2×10~6次疲劳破坏时的最大应力为258.75MPa。根据试验得出的S-N曲线取95%的保证率,相应的最大应力值应为218.68MPa,高于根据GB 50017-2003计算出的相应值154.88 MPa。Q390GJD疲劳试验试件在较高应力幅下的疲劳裂纹起源于试样表面的某种缺陷,在较低应力幅下的疲劳裂纹起源于大尺寸的夹杂物;疲劳扩展区断口微观形貌可观测到疲劳辉纹和微孔空穴,瞬断区断口形貌具有典型的韧窝特征。     

Q420高强度钢材的疲劳性能试验研究

为探究Q420高强度钢材的疲劳性能,针对Q420B和Q420C两种质量等级的钢材开展了相应的疲劳试验研究。通过两组常温条件下的轴向循环拉伸疲劳试验,获得了Q420B和Q420C两种钢材不同应力水平下的疲劳寿命,并根据试验结果绘制其S-N曲线。试验结果表明:同等条件下,Q420C钢的疲劳性能高于Q420B钢的疲劳性能。将试验结果与GB 50017—2003《钢结构设计规范》的计算值进行比较,发现试验结果远高于规范计算值。     

高强度结构钢材Q460D的疲劳性能试验研究

为探讨钢结构设计规范中高强度结构钢材的疲劳设计条文,促进高强度钢材的更广泛应用,选用Q460D钢材并对其材料的疲劳性能进行研究。利用该种钢材试件进行轴向拉伸疲劳试验,并测得描述材料疲劳性能的S-N曲线。试验结果发现:该批次的Q460D钢材试件疲劳试验结果有很大的离散性。试验得出,Q460D钢材在200万次下的疲劳强度比由GB 50017—2003《钢结构设计规范》计算的值要大。     

高强度结构钢材Q460D的疲劳性能试验研究

为探讨钢结构设计规范中高强度结构钢材的疲劳设计条文,促进高强度钢材的更广泛应用,选用Q460D钢材并对其材料的疲劳性能进行研究。利用该种钢材试件进行轴向拉伸疲劳试验,并测得描述材料疲劳性能的S-N曲线。试验结果发现:该批次的Q460D钢材试件疲劳试验结果有很大的离散性。试验得出,Q460D钢材在200万次下的疲劳强度比由GB 50017—2003《钢结构设计规范》计算的值要大。     

Q690D高强钢焊缝连接疲劳性能试验研究

文中对Q690D高强度钢材及其焊缝连接的疲劳性能进行试验研究,讨论Q690D母材、对接接头、十字接头三种连接形式的疲劳极限;拟合了S-N设计曲线,并与现行规范进行比较,对其疲劳特性及疲劳寿命给予评价。试验结果表明：Q690D母材与普通钢材相比表现出较高的疲劳抗力;GB50017设计曲线能较好评估循环次数大于30万对接接头的疲劳寿命,且具有足够安全储备;十字接头S-N设计曲线与AISC360规定的疲劳设计曲线吻合较好。采用电镜扫描分析不同阶段断口的微观形貌特征,并基于零塑性累积应变率假设得到疲劳损伤公式,讨论焊接缺陷对试件疲劳损伤的影响。断口形貌可以反映试件的疲劳损伤发展过程,损伤曲线又很好地解释了断口的形成机理。     

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。     

Q460C高强度钢材焊缝连接循环加载试验研究

为研究高强度钢材Q460C焊缝连接在地震作用下的反应,对11个Q460C焊缝连接试件进行了8种不同加载制度的单调和循环加载试验,分析比较了不同加载制度下的应力-应变关系,研究其本构模型、力学性能、破坏模式、变形和延性特征以及损伤退化特性,并和母材的性能进行了对比。利用Ramberg-Osgood公式对其循环骨架曲线进行了拟合,确定了拟合计算式中的待定参数;通过试验标定了循环荷载作用下本构模型的参数,采用有限元程序ABAQUS利用混合模型对上述循环加载试验进行了较为准确的有限元模拟。研究结果表明：所有加载制度下试件最终均在焊缝和热影响区交界面拉断,这和焊缝连接处的应力集中有关;与母材单调拉伸性质相比,焊缝连接试件延性下降显著,说明焊接过程对钢材有严重影响,应采取措施避免破坏发生在焊缝区域。     

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。     

Q690D高强钢螺栓连接疲劳性能试验研究

为探究Q690D高强度钢材螺栓连接的疲劳性能,对Q690D高强钢母材、有孔板和螺栓连接三组试件进行疲劳试验,拟合了S-N设计曲线,并与现行规范进行比较,对其疲劳特性及疲劳寿命给予评价。试验结果表明：Q690D高强钢母材、有孔板、螺栓连接疲劳极限比GB50017理论计算值分别提高了170%、76.02%、47.76%,比AISC360理论计算值分别提高了200%、131.77%、70.49%,说明Q690D高强钢螺栓连接具有较高的抗疲劳能力。讨论了应力集中与螺栓预紧力对试件疲劳强度的影响,应力集中系数越大,疲劳强度越小,螺栓预紧力能缓和应力集中程度,可间接提高疲劳寿命。基于零塑性累积应变率假设得到了疲劳损伤公式,应力集中在一定程度上可以反应损伤发展,损伤曲线可以解释疲劳破坏机理。     

国产钢材LYP225的低周疲劳试验研究

目前,对于低屈服点钢材的低周疲劳性能试验的研究不多。对两组不同尺寸的国产低屈服点LYP225钢材进行低周循环加载试验,研究其循环骨架曲线、滞回环特点、低周疲劳寿命等特性;同时探讨长细比对低屈服点钢材疲劳寿命的影响。通过Ramberg-Osgood模型对不同应变幅加载下的滞回环进行拟合,得出钢材循环骨架曲线;通过Coffin-Manson模型拟合得到钢材的低周疲劳寿命S-N（应变-寿命）曲线;通过试验数据确立了混合强化参数并将其输入ABAQUS软件中,所得结果能很好地模拟LYP225钢材的滞回曲线。试验结果表明:国产LYP225钢材滞回环饱满,表现出良好的延性,低周疲劳特性好于国外相同试样尺寸的同等级钢材;国产LYP225钢材低周疲劳寿命受试样长细比的影响较大,相同应变幅下,长细比越大其低周疲劳寿命越低;通过试验数据拟合得到的强化参数可用于构件在整体结构中的地震反应分析。     

循环载荷下钢结构焊接接头的疲劳失效分析

通过分析焊接接头疲劳失效的机理及影响其疲劳强度的因素,提出了改善焊接接头疲劳性能的一些措施,并对改善焊接接头疲劳性能的新技术作了展望,从而解决了钢结构的疲劳失效问题。     

Experimental investigation on laser welded connections for built-up cold-formed steel beams

A wide experimental investigation on laser welded connections based on both lap-shear and tension tests was performed at the University of Naples. The aim of the study was to assess the possibility of using laser welding in innovative built-up cold-formed steel beams. The experimental programme was designed in order to evaluate the effects of different parameters on the strength and ultimate displacement of the selected connections. In particular, the influence of sheet thickness, gap, loading direction, weld shapes and zinc coating were analyzed. The results of the experimental tests were compared with the predicted resistance values according to Eurocode 3, with the aim of validating for laser welding the mechanical models provided for spot welds.     

栓焊混接梁柱刚性节点加固的设计与分析

在美国北岭地震和日本阪神地震中,很多钢结构框架的梁柱栓焊混接节点都发生了不同程度的破坏;震后国外对受损节点的修复和加固进行了深入研究,而我国在这方面的研究还相对滞后。本文简要介绍了栓焊混接梁柱刚性节点破坏的主要原因和现在国外常用的加固方法;并根据国外的试验结果,通过一个算例分析,比较了国内外规范和加固前后设计计算栓焊混接节点的不同之处。计算结果显示,对节点的适当加固能够有效地提高节点的抗震性能,有限元计算结果证实了这一点。     

Laser welded built-up cold-formed steel beams: Experimental investigations

The results of a research project aimed at designing and development a built-up cold-formed steel beam assembled by laser welding are described in this paper. The research activity was concerned with the evaluation of the applicability of laser welded connections to cold-formed members and with the assessment of the load bearing capacity of the assembled beams. With this aim, both lap-shear and U-tension tests were carried out on laser welds in order to assess the influence on connection strength of different parameters such as the gap between the steel sheets and the zinc coating. Finally, the load bearing capacity of laser welded built-up cold-formed members was investigated by four-point bending tests. Four full-scale prototypes were manufactured with different spacings of connections along the flanges in order to evaluate the effects of weld configuration on the load bearing capacity.     

Q460D高强钢及其焊缝连接疲劳性能试验研究

在疲劳荷载作用下钢结构焊缝区易发生疲劳断裂,通过Q460D高强钢及其焊缝连接的疲劳性能试验研究,结合试验数据,拟合了Smax-N曲线预测其疲劳寿命,根据疲劳损伤理论分析了疲劳破坏程度,并通过断口形貌揭示了疲劳裂纹扩展规律。研究结果表明：Q460D母材具有较高的疲劳抗力;对接焊缝接头Smax-N的95%保证率曲线与ANSI/AISC 360-10的疲劳设计曲线吻合较好;GB 50017—2003的设计曲线能较好预估循环次数大于40万次以上十字接头的疲劳寿命。损伤指标能够较好地表征疲劳破坏过程中构件内部状态的变化,缺口系数越大,损伤发展越快。瞬断前裂纹扩展规律与损伤发展一致,随着损伤发展疲劳条带间距逐渐变大。     

Q460高强钢焊接箱形截面残余应力研究

为研究国产Q460高强钢焊接箱形截面的残余应力分布规律,采用分割法对6个不同截面尺寸的试件进行了试验研究。基于测量数据,得到了不同试件全截面残余应力分布,研究了板件宽厚比、板件厚度等几何尺寸对残余应力的影响以及测量过程中人为产生的误差、截面板件间残余应力的相互影响及自平衡性等。试验结果表明：残余压应力与截面尺寸直接相关,残余拉应力与截面尺寸关系不大;采用分割法测量时人为操作产生的误差很小;截面4块板件的残余应力能够分别满足自平衡条件。提出了适用于Q460高强钢焊接箱形截面的残余应力分布模型和计算式,该模型能够准确反映截面尺寸的影响,且与试验结果吻合良好。     

Fatigue strength of steel pipe-base plate connections

The comparative fatigue resistance of two types of steel light poles is investigated, both experimentally and analytically. The fatigue tests were performed on test specimens designed and proportioned by the California Department of Transportation. The constant amplitude fatigue behaviour wa was obtained at several levels of stress range. Exposed fatigue crack surfaces were studied theascertain the nature of the crack initiation and propagation. Theoretical fatigue life estimates were also made using an existing fracture mechanics model, thought to simulate the geometric condition represented by the wclded pipe-base plate connection. The fatigue resistance of the two series of specimens was much lower than originally anticipated. The fatigue resistance was found to be comparable to either category E or E', depending on the weld contact angle.