高强钢结构抗火设计理论研究进展

高强钢耐火性差,在火灾高温作用下强度和刚度急剧降低。因此,近年来,高强钢结构抗火设计的理论得到了较深入的研究,通过对高强钢结构抗火性能方面研究成果的总结,包括:高强钢高温力学性能、高强钢焊接截面高温后残余应力、高强钢柱抗火性能研究、高强钢梁抗火性能研究、高强钢节点抗火性能研究、受火后高强钢结构抗火性能等,讨论高强钢结构抗火设计理论方面值得注意的若干问题。已有的研究成果表明:高强钢的材料力学性能和结构抗火性能不同于普通钢和普通钢结构,现行设计标准关于抗火设计的方法不能直接应用于高强钢结构。     

基于知识图谱的国内外高强钢领域研究热点分析

全面了解高强钢领域的研究进展对高强钢领域的进一步研究尤为重要.将Web of Science(WOS)数据库和中国知网(CNKI)数据库作为文献数据来源,采用定量与定性的研究方法,利用可视化工具Citespace3.9软件将2008-2019年间国内外对高强钢领域的研究进行了详细梳理,从而得到科学知识图谱并分析其研究热点、知识基础以及演进趋势,从整体上把握国内外高强钢领域的研究趋势.结果 表明:国内外对高强钢领域的研究热点大致相同,且国内该领域的研究学者分布较为集中;整体而言,高强钢领域的研究目前正处于起步阶段,在高强钢领域,许多关键技术与设计理论还需进一步研究.     

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.     

高强钢高温下和高温后力学性能指标的标准值研究

高强钢高温下和高温后的力学性能是进行高强钢结构抗火设计和火灾后评估的重要基础。我国GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》和欧洲规范EC3中针对普通低碳钢提出了高温下屈服强度和弹性模量计算公式,但其不适用于高强钢。国内外学者对高温下和高温后高强钢力学性能已开展了一系列试验研究,但由于钢材强度等级、试验设备、加热速率和加载制度等影响,导致试验结果离散性较大,不能应用于实际工程中。同时不同学者提出的力学性能指标计算式各不相同,均不具有普遍适用性。采用数理统计中t分布与置信区间的方法对高强钢高温下和高温后力学性能试验数据进行统计分析,得到不同温度下力学性能指标具有95%保证率的标准值,拟合出高强钢高温下和高温后力学性能指标的计算式,并与GB 51249—2017和欧洲规范EC3预测结果进行对比。结果表明：自然冷却和浸水冷却条件下,高强钢高温后屈服强度发生明显下降的转折点分别是600℃和 500℃;高温下高强钢的屈服强度折减系数低于普通结构钢;高强钢弹性模量折减系数在作用温度小于600℃时低于普通结构钢的,而在温度大于600℃时高于普通结构钢的。     

高强结构钢连接研究进展

高强钢用于钢结构可节省用钢量,降低钢结构制作、运输和安装成本。由于高强钢力学性能与普通钢具有不可忽视的差异,近年来国内外学者开展了大量的高强结构钢应用研究工作。高强钢结构在工程中应用除需进行合理的构件设计外,还需为高强钢构件之间设计高效的连接以形成安全、可靠的结构。对高强钢的两种重要连接方法(焊接和螺栓连接)的国内外研究进展情况进行了介绍,包括:高强钢对接焊缝连接承载性能研究、高强钢角焊缝连接承载性能研究、高强钢摩擦型螺栓连接承载性能研究、高强钢承压型螺栓连接承载性能研究及12.9级高强螺栓氢致延迟断裂研究等,并着重介绍了同济大学的有关研究进展,总结了现有研究进展,展望了今后的研究工作。     

高强钢结构抗火性能研究现状

随着近年来冶金技术的不断精进,越来越高强度的结构钢不断出现,其优异的物理、力学性能使其迅速应用到相关工程中。而与普通钢材类似,高强度钢结构抗火性能问题仍然十分突出。近20年来,高强钢抗火性能研究也开始起步。本文通过对高强度钢结构的钢材火灾高温与火灾后力学性能、高强钢构件和节点抗火性能、高强钢结构抗火性能方面进行了系统的考察和总结,最后对研究不足的问题进行讨论与展望。目前高强钢结构抗火性能研究还处于初步阶段,研究表明,高强钢的高温力学性能与抗火性能与已有的国内外相关规范均有不同程度的偏差,不能直接套用。     

Study on nominal values of mechanical properties of high strength steel at elevated temperature and after fire exposure

高强钢高温下和高温后的力学性能是进行高强钢结构抗火设计和火灾后评估的重要基础。我国GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》和欧洲规范EC3中针对普通低碳钢提出了高温下屈服强度和弹性模量计算公式，但其不适用于高强钢。国内外学者对高温下和高温后高强钢力学性能已开展了一系列试验研究，但由于钢材强度等级、试验设备、加热速率和加载制度等影响，导致试验结果离散性较大，不能应用于实际工程中。同时不同学者提出的力学性能指标计算式各不相同，均不具有普遍适用性。采用数理统计中t分布与置信区间的方法对高强钢高温下和高温后力学性能试验数据进行统计分析，得到不同温度下力学性能指标具有95%保证率的标准值，拟合出高强钢高温下和高温后力学性能指标的计算式，并与GB 51249—2017和欧洲规范EC3预测结果进行对比。结果表明：自然冷却和浸水冷却条件下，高强钢高温后屈服强度发生明显下降的转折点分别是600℃和 500℃；高温下高强钢的屈服强度折减系数低于普通结构钢；高强钢弹性模量折减系数在作用温度小于600℃时低于普通结构钢的，而在温度大于600℃时高于普通结构钢的。     

高强Q460钢高温冷却后力学性能研究

为了评估高强Q460钢高温冷却后的力学性能,采用电炉对高强Q460钢进行加热升温,再采用自然冷却或浸水冷却方式冷却,然后进行拉伸试验,获得了高温冷却后高强Q460钢的应力-应变关系曲线、屈服强度、极限强度、弹性模量和极限伸长率.将高温冷却后高强Q460钢和普通Q235钢的屈服强度、极限强度和弹性模量进行对比.结果表明:高温后高强Q460钢力学性能与常温下力学性能相比有所变化,尤其是当温度超过700℃时,变化基本较大;700℃后,不同冷却方式对高强Q460钢极限强度和极限伸长率影响较大,浸水冷却后钢材的极限强度明显高于自然冷却后钢材的极限强度,而浸水冷却后钢材的极限伸长率则明显低于自然冷却后钢材的极限伸长率;高强Q460钢弹性模量和屈服强度受冷却方式的影响较小;高温冷却后高强Q460钢与普通Q235钢屈服强度、极限强度和弹性模量折减系数存在差异.     

考虑应变时效影响的Q460C高强钢力学性能试验研究

为深入研究应变时效对Q460C高强钢基本力学性能影响,建立考虑应变时效影响Q460C高强钢应力-应变本构关系曲线,对经应变时效影响的Q460C高强钢进行了试验研究,分析了Q460C高强钢经应变时效后基本力学性能指标,采用修正Ramberg-Osgood模型对试验结果进行拟合。结果表明:Q460C钢经预应变后具有显著的应变硬化现象,屈服强度得到大幅提高,极限应变和断裂应变显著降低,屈强比接近1.0,结构发生脆性断裂的可能性增加; Q460C钢经时效后产生时效硬化现象,试件在各时效之间应力-应变曲线差别较小,经时效硬化后钢材的硬化程度低于应变硬化; 采用修正的Ramberg-Osgood模型能够较为准确地拟合经预应变及时效影响后高强钢的应力-应变曲线,拟合结果与试验结果具有较好的一致性; 研究内容可为相关工程应用和理论分析提供参考。     

方钢管高强混凝土受弯构件力学性能的数值分析

为研究往复荷载作用下方钢管高强混凝土受弯构件的力学性能,运用有限元软件ABAQUS对方钢管高强混凝土受弯构件进行数值模拟,分析混凝土强度及含钢率对受弯构件力学性能的影响,发现往复荷载作用下方钢管高强混凝土受弯构件的弯矩-曲率滞回关系曲线形态饱满,整个滞回曲线呈梭形,没有捏拢现象。由此可知,在一定范围内混凝土强度和含钢率的提高有助于方钢管高强混凝土受弯构件抗震性能的改善。     

高强钢端板连接节点火灾下和火灾后初始刚度计算方法研究

为精准预测高强钢端板连接节点在常温、高温及过火冷却后的力学性能,基于组件法推导了高强钢端板连接节点初始刚度计算方法.为验证该方法的准确性,对比了采用该计算方法和现有计算方法计算得到的高强钢端板连接节点常温、高温及过火冷却后初始刚度的计算值和试验值.研究结果表明,大部分节点初始刚度的试验结果高于计算结果,但相较于欧洲规范EN 1993-1-8推荐方法的计算结果,本文提出的初始刚度计算方法可更准确地反映高强钢端板连接节点在常温、高温及过火冷却后的力学性能.     

超高强钢S960的火灾后性能

目前,高强钢和超高强钢都被用于一些标志性建筑的结构部件中并能充分利用其强度。然而,现有的文献中关于高强钢和超高强钢,特别是超高强钢的结构性能和材料性能的研究有限。超高强钢的潜在优势和较低的研究水平使其需要更多的关注和研究。建筑中使用超高强钢所做的钢构件有时会不可避免地遇到火灾危险,而火灾后是否能对其再度利用则需要进行可靠的评估。为了研究超高强钢S960火灾后的材料性能,进行一项试验评估S960所构成部件的结构的火灾后性能。对从1000℃冷却下来的S960样本进行拉伸试验,获得火灾后的弹性系数、屈服强度、极限强度和应力-应变曲线,并发现火灾后结构钢的性能很大程度上取决于钢的等级。提出一些独特的预测方程来评估火灾后S960钢的力学性能。     

高强钢构件稳定性研究最新进展

高强度钢材被越来越多地应用于现代钢结构,例如高层建筑、大跨度桥梁和输电塔中,但构件的稳定问题成为限制其应用的主要因素。详细介绍了国内外学者在高强钢构件稳定性能研究方面取得的最新成果,包括高强钢材料常温静载一次拉伸的力学性能、残余应力测试,以及构件的局部稳定、整体稳定、局部和整体稳定的相关性。同时,指出已有研究存在的问题,为高强钢结构设计及进一步的研究提供参考。     

高强度钢材在郑州绿地中央广场中的应用分析

为推动高强钢材在民用建筑领域的应用发展,在郑州绿地中央广场工程中对高强度钢材进行设计应用。设计过程中对高强钢的材料强度与设计参数深入研究,并对高强钢应用前后结构关键整体指标进行对比分析。研究表明,高强钢在高层建筑中的应用可使钢材节约率达20%,对结构整体指标基本无影响。应加强高强钢材在民用建筑中的设计应用。     

高强度钢材在郑州绿地中央广场中的应用分析

为推动高强钢材在民用建筑领域的应用发展,在郑州绿地中央广场工程中对高强度钢材进行设计应用。设计过程中对高强钢的材料强度与设计参数深入研究,并对高强钢应用前后结构关键整体指标进行对比分析。研究表明,高强钢在高层建筑中的应用可使钢材节约率达20%,对结构整体指标基本无影响。应加强高强钢材在民用建筑中的设计应用。     

1700 MPa级高强钢焊接工艺试验及工艺评定

1700 MPa级高强钢是为新型装备开发的新型材料,该材料的核心技术为纳米析出相强化技术和组织精细化控制技术,使其兼备高强度和高韧性,解决了车辆材料强韧性匹配难度大的问题。对1700 MPa级高强钢进行了焊接接头力学性能试验、焊接裂纹敏感性试验和焊接工艺评定,为该1700 MPa级高强钢的应用提供了试验依据。     

高强钢组合梁研究概述

近年来,钢—混凝土组合梁结构发展很快,在建筑和桥梁领域已经得到了越来越多的应用.在材料科学取得长足进步以及组合梁理论不断完善的背景下,把高强高性能材料引入到普通的钢—混凝土组合梁中,将取得显著的经济效益和社会效益.高强材料组合梁是新材料和新结构的有机结合.本文主要介绍了高强钢组合梁在国内以及在澳大利亚、欧洲、美国等发达地区的研究现状,并指出其优点和在设计中存在的问题.文中对高强钢与高强混凝土相结合的组合梁亦有所提及.     

高强度耐火钢高温下力学性能试验研究

为研究高强耐火钢在高温下的力学性能,通过国产Q345FR、Q420FR、Q460FR耐火钢的高温下稳态拉伸试验和热膨胀变形试验,得到了20~800℃下各等级耐火钢的破坏模式、应力-应变关系曲线、力学性能参数及热膨胀系数,并与普通结构钢高温性能以及欧洲、中国的抗火设计规范的相关规定进行了对比。研究结果表明：在温度低于350~400℃时,国产高强耐火钢屈服强度、抗拉强度高于常温的,当温度超过400℃后,屈服强度、抗拉强度开始快速下降;欧洲规范EC3中给出的高温下普通结构钢的弹性模量、强度计算公式不适用于高强度耐火钢;温度低于450℃时,耐火钢试验值与GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》中普通钢取值更吻合;温度高于450℃时,耐火钢试验值与规范GB 51249—2017中耐火钢取值更吻合。针对Q345FR、Q420FR、Q460FR高强耐火钢,提出了高温下弹性模量、屈服强度、抗拉强度变化系数拟合公式,可用于耐火钢结构抗火设计。     

火灾或火灾后条件下热处理高强钢的力学性能

热处理高强钢(HSS)越来越多地应用于陆上和海上结构中。根据冶金学的经典理论,微观结构中的硬化效应可能会使热处理高强钢的高强度减弱或通过热处理消除。使用这种材料建造的结构在加热或冷却后(如火灾时或火灾后)的表现不同。试验研究调查再升温、淬火及回火(RQT)的S690热处理高强钢板的力学性能及其加热和冷却后的残余强度。发现RQT-S690高强钢板在低温(400℃以下)加热下显示了良好的耐热性,而在高温下其强度会大幅降低,其火灾后的力学性能也与传统的普通强度热轧钢不同。     

方钢管高强混凝土偏压构件的试验研究与理论分析

本文进行了8根方形截面钢管高强混凝土单向压弯构件的试验研究,研究构件在不同长细比、偏心率和含钢率下的力学性能,长细比取25.4、50.8和71.6三种,偏心率在0.140～0.288之间变化,含钢率取8.2%和14.3%两种。研究结果表明:构件的承载力随着长细比和偏心率的增加迅速降低,含钢率为8.2%的构件在达到极限承载力之前钢管出现了局部屈曲。在进行试验研究的同时,还编制了非线性分析程序BC,用来分析方钢管高强混凝土压弯构件的力学性能,理论分析结果和试验结果进行了对比,两者吻合较好,在此基础上分析了长细比、含钢率、混凝土强度和钢材屈服强度等因素对偏压构件N/Nu(η)-M/Mu(ζ)相关曲线的影响。