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。     

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。     

考虑屈曲影响的复合钢筋低周疲劳性能研究

当钢筋混凝土结构承受地震作用时，关键部位的纵向钢筋易发生屈曲进而加速发生疲劳破坏。为评估屈曲对复合钢筋低周疲劳性能的影响，开展4种长细比的复合钢筋低周疲劳试验，获得其应力-应变滞回曲线。在此基础上，分析屈曲对复合钢筋滞回曲线形态、应力应变性能及耗能能力的影响。通过OpenSees实现了考虑屈曲影响的复合钢筋低周疲劳性能的数值模拟。结果表明：当复合钢筋长细比大于9时，滞回曲线明显捏拢；峰值压应力随加载圈数增加呈下降趋势，应变幅增加显著提高峰值压应力的下降速率；屈曲降低滞回环的耗能能力和复合钢筋的疲劳寿命，对复合钢筋的疲劳性能产生较大的不利影响；提出的数值分析模型可以有效地模拟屈曲引起的峰值拉压应力不对称的特性。     

低屈服点钢低周疲劳性能研究

近年来,低屈服点钢因其优越的耗能能力而广泛应用于结构抗震中。为了对国产低屈服点钢的低周疲劳性能进行研究,本文对牌号为LY100、LY160及LY225的低屈服点钢进行了大塑性变形下的低周疲劳试验,试验采用应变控制的等幅循环加载,分析了其破坏现象、循环应力响应特征、循环骨架曲线、滞回曲线特点等性能,并基于不同的模型对其低周疲劳寿命进行了预测。结果表明：国产低屈服点钢具有良好的抗低周疲劳能力;Ramberg-Osgood模型可以很好地拟合钢材循环应力-应变曲线;Manson-Coffin模型及Kuroda模型均可有效拟合低屈服点钢的低周疲劳寿命曲线,其中Manson-Coffin模型的拟合精度较好,而Kuroda模型更适用于大应变下疲劳寿命预测。     

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。     

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。     

基于OpenSEES数值模拟的工字形截面支撑低周疲劳性能研究

为研究工字形截面支撑低周疲劳性能,进行了18根Q235和21根ST12材质焊接工字形钢支撑在等幅轴向循环位移作用下的OpenSEES有限元分析,在验证模拟结果和试验结果吻合较好的同时,提出利用支撑几何参数(长细比、宽厚比、高厚比、屈服点)修正的表征应变作为预测支撑低周疲劳寿命的控制参量,给出了对应修正公式和寿命预测公式。表征应变与支撑低周疲劳寿命满足对数线性关系,据此预测的支撑低周疲劳寿命离散性较小且基本位于试验值1.5倍分散带内。对于变幅加载条件下的支撑寿命预测,利用Miner线性损伤理论对39组支撑试验数据进行以裂纹萌生寿命为终止点的损伤值统计,给出了容许损伤建议值作为预测寿命对应损伤值。而后,引入5组单斜工字钢支撑框架低周疲劳试验结果进行验证,其预测寿命均接近试验裂纹萌生寿命,可以较为保守地评估该类支撑的低周疲劳寿命,且支撑截面损伤分布与试验破坏模式保持一致。以上均证明该数值模拟方法和低周疲劳寿命预测方法的准确性和高效性,可为框架支撑结构低周疲劳性能的研究提供借鉴。     

630MPa级高强钢筋粘结锚固性能梁式试验研究

我国现行规范对于500MPa级以上钢筋在混凝土结构中的应用尚未做出规定,这使得其在工程建设中缺乏设计、施工依据.为了推广630MPa高强钢筋的应用,制作了 21个配置630MPa高强钢筋和21个配置400MPa钢筋的粘结锚固试件,通过梁式试验方法,分析630MPa高强钢筋与混凝土在不同混凝土强度、钢筋直径和锚固长度时的粘结锚固性能,并与400MPa钢筋进行对比.研究结果表明:在粘结锚固试件破坏形态、粘结-滑移特性及锚固钢筋应变分布规律等方面,630MPa高强钢筋均展现出与400MPa钢筋较为一致的性能;在同条件下,630MPa高强钢筋与混凝土的平均粘结强度均不同程度高于400MPa钢筋,且这种趋势随钢筋锚固长度的增大而减小,随混凝土强度的提高而增大;按现行《混凝土结构设计规范》确定630MPa高强钢筋锚固长度具有充足的安全储备.     

E319全铸铝合金材料低周疲劳试验研究

针对汽车发动机零部件工作中的低周疲劳效应,影响发动机寿命的情况。对E319全铸铝合金材料在不同温度下进行拉伸试验和低周疲劳试验,分析试验结果,得到了疲劳寿命受到应变幅的影响,并且温度与材料的疲劳寿命呈反比趋势。通过试验得到材料寿命及寿命均值数据,并对数据进行拟合数值曲线,得到E319铸铝合金材料的过渡疲劳寿命,当实际寿命小于计算得到的过渡疲劳寿命时,材料的弹性变形损伤将大于塑形变形损伤。     

考虑屈曲效应的混凝土柱纵筋低周疲劳性能和变形能力研究

屈曲导致的局部塑性应变集中将使钢筋损伤加重,并提前断裂.传统低周疲劳损伤模型(如Coffin-Manson模型,简称C-M模型)中未考虑屈曲效应的影响,这将高估屈曲钢筋的低周疲劳寿命.为研究屈曲对钢筋疲劳寿命的影响,完成了30个原状钢筋试件考虑屈曲的循环加载试验,得到了钢筋断裂时的极限塑性平均应变的测量结果,分析了局部...     

钢砼组合结构PBH剪力键的疲劳性能

为了研究钢箱-砼组合结构中PBH剪力键在反复荷载作用下的疲劳性能,设计制作了PBH剪力键试验模型,进行了24万次疲劳推出试验。在疲劳破坏形态和试验滑移及应变数据分析的基础上,利用数值工具开展肋板开孔孔径、穿入钢筋直径、混凝土强度3个参数的PBH剪力键疲劳寿命影响因素分析。研究表明:PBH剪力键的疲劳破坏形态与静载破坏相似,表观表现为混凝土面多处斜向劈裂裂缝、内部榫孔混凝土压碎、穿入钢筋局部屈服;疲劳破坏演化过程分为疲劳损伤开始、发展、破坏3个阶段,其中疲劳发展阶段占整个疲劳阶段的91.7%,结构刚度在疲劳损伤开始和发展阶段退化较慢,在疲劳破坏阶段退化较快;肋板开孔孔径、穿入钢筋直径、混凝土强度3个参数对PBH剪力键疲劳寿命影响均有明显影响,其中穿入钢筋直径对疲劳寿命的影响尤为突出。     

预应力混凝土梁疲劳性能研究现状

对预应力混凝土梁疲劳性能的研究进展进行了详细阐述,论述了等幅疲劳荷载下预应力混凝土梁的疲劳性能及疲劳加载后的静力性能,对控制其疲劳破坏形态的影响因素以及在疲劳加载过程中的受力筋应变变化、裂缝开展和挠度变化规律进行了总结。讨论了变幅疲劳荷载下预应力混凝土梁的疲劳寿命及加载顺序对疲劳寿命的影响,分析了变幅疲劳加载过程中的刚度退化,同时对腐蚀后预应力混凝土梁的疲劳性能进行分析,总结了钢绞线、普通钢筋腐蚀损伤对试验梁疲劳破坏形态、极限承载力及疲劳寿命的影响。在对文献进行总结分析的基础上,根据当前研究所存在的问题,提出了今后预应力混凝土结构疲劳性能研究的方向。结果表明:预应力混凝土梁疲劳破坏始于受力筋疲劳断裂,受压区混凝土一般不会发生破坏,变幅疲劳加载及腐蚀损伤对其疲劳性能有较大影响。     

低结合强度下热轧钛-钢复合钢材高周疲劳性能研究

为研究钛-钢复合钢材的高周疲劳性能,对由2mm厚钛合金TA2和8mm厚结构钢Q355采用热轧复合工艺生产的钛-钢复合钢板进行了轴向高周疲劳试验,并通过标准拉伸试验、复合界面剪切试验得到其基本力学性能。基于试验结果,得到了钛-钢复合钢材在应力比为0.1下的疲劳S-N曲线,并与4部钢结构设计标准中针对传统结构钢材的疲劳设计曲线进行对比分析。试验结果表明：所研究的钛-钢复合钢板在拉伸试验过程中具有三阶段断裂模式;尽管剪切试验得到的复合界面结合强度较低,但其疲劳性能依然高于一般单金属结构钢材,使用现有结构钢材的疲劳设计曲线预测钛-钢复合钢材的疲劳寿命过于保守;疲劳强度与抗拉强度比值为0.7,介于钛材和钢材之间;低结合强度界面和结构钢层表面均是潜在的疲劳源,产生两种不同疲劳破坏模式。基于上述研究结果提出了适用于该类钛-钢复合钢材的S-N曲线,可为钛-钢复合钢材在结构工程领域的疲劳设计提供参考,并有利于促进其工程应用。     

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。     

Fatigue damage analysis of reinforced concrete column considering low‐cycle behavior of HRB400 steel

In this study, a damage model‐based fatigue behavior is proposed. To consider the fatigue behavior of steel in the damage model, the experimental research on reinforcing steel bar grades HRB400 was presented. The monotonic tension test and low‐cycle fatigue test were carried out. The plastic strain amplitude–fatigue cycle (ε_p–2N_f) curve and plastic strain amplitude–strength loss factor (ε_p–?_SR) curve were obtained. The fatigue parameters (C_f, C_d, and α) were proposed by nonlinear fitting. The specimens were simulated using the “Reinforcing Steel” material in “OpenSees” program. These fatigue parameters were proved to accurately describe the fatigue behavior of HRB400 rebar. Moreover, to verify the application of fatigue damage model in RC column, fiber‐based element models were established based on the quasi‐static cyclic test on RC columns. The calculated results agreed well with those of the tests. The damage degree of RC column was calculated by the recorded stress–strain curves of material. The proposed fatigue parameters could be referred in damage model based on material fatigue behavior.     

Fatigue shear performance of concrete beams reinforced with hybrid (glass-fiber-reinforced polymer+ steel) rebars and stirrups

Reinforced concrete beams consisting of both steel and glass-fiber-reinforced polymer rebars exhibit excellent strength, serviceability, and durability. However, the fatigue shear performance of such beams is unclear. Therefore, beams with hybrid longitudinal bars and hybrid stirrups were designed, and fatigue shear tests were performed. For specimens that failed by fatigue shear, all the glass-fiber-reinforced polymer stirrups and some steel stirrups fractured at the critical diagonal crack. For the specimen that failed by the static test after 8 million fatigue cycles, the static capacity after fatigue did not significantly decrease compared with the calculated value. The initial fatigue level has a greater influence on the crack development and fatigue life than the fatigue level in the later phase. The fatigue strength of the glass-fiber-reinforced polymer stirrups in the specimens was considerably lower than that of the axial tension tests on the glass-fiber-reinforced polymer bar in air and beam-hinge tests on the glass-fiber-reinforced polymer bar, and the failure modes were different. Glass-fiber-reinforced polymer stirrups were subjected to fatigue tension and shear, and failed owing to shear.     

无粘结部分预应力混凝土梁的疲劳性能试验研究

通过6片无粘结部分预应力混凝土梁和1片普通钢筋混凝土梁的疲劳试验,研究了这种结构的疲劳破坏形态以及刚度、钢筋应变、混凝土应变随着重复荷载次数的变化规律。研究表明:无粘结部分预应力混凝土梁的疲劳破坏主要是梁内受拉普通钢筋的疲劳断裂引起的,预应力钢筋和受压区混凝土的应力幅较低,一般不会发生疲劳破坏;荷载重复200×104次后,无粘结部分预应力混凝土梁刚度退化明显。文中还给出了无粘结部分预应力混凝土梁疲劳寿命的计算方法,所得计算值与试验值吻合较好。     

基于连续介质损伤力学的坑蚀钢筋高周疲劳寿命与损伤分析

以实测HRB400钢筋的疲劳损伤模型参数为基础,结合加速锈蚀钢筋蚀坑形貌和疲劳试验结果,通过二次开发在Abaqus平台上实现了坑蚀钢筋高周疲劳寿命预测和损伤过程分析.结果表明:坑蚀钢筋高周疲劳寿命预测结果与试验值吻合较好;坑蚀钢筋蚀坑处存在应力集中,疲劳损伤主要集中在蚀坑底部附近,疲劳前期和中期损伤发展缓慢,疲劳后期疲劳损伤迅速累积;坑蚀钢筋弹性模量随循环加载次数的增加而降低;坑蚀钢筋蚀坑底部的应力在疲劳后期迅速降至较低值,并向周边转移,应力重新分布.     

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。