国产超高强钢Q890高温力学性能试验

通过稳态拉伸试验法对国产超高强钢Q890在不同火灾高温条件下的力学性能进行了试验研究,得到高温下钢材的力学性能参数、应力-应变关系曲线和试验现象,并将所得试验结果与钢结构抗火设计规范及相关超高强钢研究文献中高温材料模型结果进行比较。分别采用多项式模型和钢材高温通用材料模型对试验结果进行数值拟合,建立高温下Q890钢力学性能参数的材料模型。结果表明:不同温度条件下的Q890钢试件在试验后有明显不同的外观特征,相应的应力-应变关系曲线基本形状差异较大;当受热温度低于500 ℃时,弹性模量和强度随温度升高逐步减小,断后伸长率变化不大;超过500 ℃后,弹性模量和强度下降速率明显加快,断后伸长率急剧增大;所建立的模型为研究Q890钢结构抗火性能及其计算方法提供理论基础。     

单调及循环拉伸下开孔Q235钢材力学性能试验研究

对33个Q235钢材性试件进行单向拉伸与循环拉伸加载下力学性能试验,对比试件的应力-应变曲线、荷载-位移曲线、骨架曲线,探讨试件在不同加载模式下的破坏机理、延性特征和滞回性能。试验结果表明,Q235钢材应力-应变曲线饱满,表现出良好的延性特征;开孔试件在孔洞周围应力集中现象明显;对比无开孔试件,开孔试件的耗能能力、抗拉强度和延性大幅度降低;试件开孔个数对试验结果有一定影响,开两个孔试件的延性及抗拉强度优于开一个孔的试件;试件耗能能力与加载模式的应变幅值和滞回圈数有关,试件耗能能力随应变幅值和滞回圈数的增大而增加。     

高温条件下钢结构的应力-温度-应变的关系

钢材虽为非燃烧材料,但钢材不耐火,温度400℃时,钢材的屈服强度将降至室温下强度的一半．温度达到600℃时,钢材基本丧失全部强度和刚度。因此,当建筑采用无防火保护措施的钢结构时．一旦发生火灾,结构很容易遭到破坏。高温下钢材力学性能模型的建立及其如何应用是进行结构抗火分析的关键和基础,对分析结果起着决定性的作用。近十年来,国内外学者对不同钢材的高温材料力学性能进行了研究,并取得很大进展。国内外对高温下钢材材料力学性能的研究主要包括两个方面高温下钢材的应力-应变关系和高温下结构钢材料的各项力学性能如屈服强度、弹性模量等随温度变化的模型．但这些研究仅局限于恒温加载或恒载加温两种路径下钢材各项力学性能参数随温度变化的模型。实际火灾过程中钢结构的内力和温度随时间不断变化,结构抗火分析中应考虑不同应力-温度路径下钢材的应力-温度-应变三者的耦合关系。     

高温后Q235钢材力学性能试验研究

通过对高温后Q235钢材力学性能的试验研究,描述了高温后钢材的表面特征,探讨了钢材受热温度和恒温时间对高温后钢材力学性能的影响,并建立了高温后钢材屈服强度-受热温度、极限强度-受热温度、泊松比-应力比和拉伸应力-应变关系曲线拟合方程.试验表明:随着受热温度的升高,高温后钢材的屈服强度、极限强度整体上呈降低趋势,而弹性模量和泊松比则基本不变;恒温时间对力学性能的影响不太明显;所拟合的高温后钢材屈服强度—受热温度、极限强度—受热温度、泊松比—应力比和拉伸应力—应变关系曲线方程均与实测结果吻合较好.     

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.     

Q235B钢材的微观损伤模型韧性参数校正

Q235B钢材在中国建筑领域应用广泛,但目前却缺乏该类钢材的空穴增长模型(VGM模型)和应力修正临界应变模型(SMCS模型)等微观损伤模型韧性参数.为此,取材自热轧无缝钢管以及冷焊钢管母材、热影响区、焊缝区的4种Q235B钢材,加工了8个光滑圆棒试件和24个缺口圆棒试件,通过系列单轴拉伸试验,辅以数值分析及电镜扫描试验,获得了Q235B钢材的VGM和SMCS模型韧性参数,确定了Q235B钢材的特征长度,然后试验验证VGM和SMCS模型对Q235B钢材韧性断裂的预测效果.结果表明:VGM与SMCS模型对Q235B钢材韧性断裂预测效果均很理想.     

控轧控冷型高强钢高温下的力学性能试验研究

通过稳态法进行了控轧控冷(TMCP)型Q550高强钢在不同温度下的力学性能试验研究,得到常温及200～800℃9个不同高温下钢材的表观特征、应力-应变关系与基本力学性能参数,包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度及断后伸长率.结果表明:应力-应变关系曲线在常温时有屈服平台而高温下没有,在超过300℃的高温下曲线形状不同;温度...     

考虑焊接影响的低屈服点钢LY100超低周疲劳破坏机理研究

为研究低屈服点钢材LY100在反复拉力作用下的力学性能,设计LY100钢与Q345钢或Q235钢焊接连接的材性试件,共进行4组18个材性试件的单调和反复受拉加载试验研究。获得6种不同加载制度下试件的荷载-位移曲线、应力-应变曲线、滞回性能、超低周疲劳破坏机理以及延性特征等。研究结果表明,焊接接头对试件的超低周疲劳性能有不利影响,焊接接头使LY100钢材力学性能的稳定性和延性变差;LY100钢与Q345钢或Q235钢焊接后,材性试件的强度提高但延性下降;反复拉力作用下,带有焊接接头的材性试件呈现强度硬化、延性下降的受力特征,而未带焊接接头的材性试件会产生强度下降、延性增强的现象。     

轴心受压焊接H形钢短柱高温下局部稳定性能试验研究

为了研究Q235和Q460轴心受压焊接H形钢短柱高温下的局部稳定性能,采用恒温加载方式分别对6个Q235和6个Q460轴心受压焊接H形钢短柱试件进行常温和高温下的局部稳定性能试验,得到了常温和450、650℃下试件的翼缘和腹板局部稳定破坏形态,根据极限应变法和曲线拐点法确定试件在常温和高温下的临界荷载。采用我国现行《钢结构设计规范》和已有文献中关于局部稳定的计算方法计算试件的局部稳定临界应力,并和试验结果进行对比。研究表明：试件在高温下和常温下的破坏形态基本相同;与常温下局部屈曲承载力相比,高温下Q460高强钢试件的局部屈曲承载力较Q235普通钢试件下降幅度大;采用规范公式计算高温下焊接H形钢短柱翼缘和腹板的局部稳定临界应力与试验结果差别较大。     

考虑不同温度-应力路径及复杂温度分布状态下的钢结构火灾非线性分析

采用考虑温度-应力路径影响的高温下钢材的应力-应变关系,并考虑构件截面上温度非线性的分布状况,对火灾中钢结构的反应进行非线性分析,旨在尝试提出一种更加符合实际情况的钢结构抗火分析新方法。根据已有的试验结果,对高温材性试验数据进行了回归分析,得到Q235钢在升温恒载、升温加载、升温降载3种基本温度-应力路径的本构关系式。根据有限元原理,提出截面上温度分布的瞬态分析方法,并与欧洲规范、SAFIR程序进行对照,验证其正确性,为结构抗火全过程分析提供了理论基础。     

高温(火灾)条件下钢结构材料性能研究

对钢结构建筑中最常用到的Q2 35钢在高温下的力学性能进行试验研究 ,得出了Q2 35钢的各项力学性能指标随温度变化的规律 ,建立其随温度变化的力学模型 ,并利用该模型对钢框架模型在火灾中的反应进行分析研究。结果表明该理论模型是有效的、可靠的     

Q345钢材动态力学性能研究

采用MTS材料试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,对我国钢结构建筑中常用的Q345钢进行准静态压缩试验和不同应变率下的冲击性能试验。试验结果表明:Q345钢在动态冲击下的强度明显高于准静态压缩下的强度,具有显著的应变率强化效应;但在分别比较准静态和动态冲击各自区域的应力水平时,发现不同应变率下其值相差不大,表现出对应变率变化不敏感的性质。在试验基础上,拟合得到了可用于冲击荷载作用下进行结构分析的材料本构模型。     

高温下Q345钢的材料性能试验研究

主要对我国建筑钢结构中常用的Q345钢进行了高温下的材料性能试验。试验得到的数据有 :应力 应变关系曲线、屈服强度、极限强度、弹性模量和延伸率。根据试验结果得到了可用于理论分析的高温钢材模型 ,并与其他国家推荐的高温钢材模型进行了比较     

Q690钢材高温后的力学性能试验研究

通过升温、冷却和拉伸试验,对历经300~900℃高温后的Q690钢材在自然冷却和浸水冷却条件下的力学性能展开试验研究。结果表明：经高温冷却的Q690钢材在不同温度和不同冷却方式下有不同的外观特征;受热温度超过500℃时,高温冷却对Q690钢材的弹性模量影响很小,对其强度和伸长率影响较大;当受热温度不超过700℃时,Q690钢材高温后的强度和伸长率在两种冷却方式下具有基本相同的变化规律;在700~800℃之间,不同冷却方式对Q690钢材高温后强度和伸长率产生影响,且随温度升高差别愈加明显,自然冷却条件下强度降低且伸长率增大,浸水冷却条件下强度增大且伸长率减小。将Q690钢材高温后力学性能与Q235钢材和Q460钢材比较,认为不同强度等级钢材高温后的力学性能差别显著,在自然冷却条件下较高强度钢材（Q690）的强度衰减和延性增长大于较低强度钢材（Q235和Q460）的。根据试验结果,建立了不同冷却条件下的高温后各力学参数与受热温度之间的数学模型,该模型可用于火灾后Q690钢结构的承载能力的评估。     

循环荷载作用下结构钢材本构关系试验研究

为准确模拟结构的地震响应,寻找在循环荷载下钢材的本构关系,采用工程常用Q235B及Q345B钢材共50个试件,施加多种加载制度,分析其单调性能、滞回性能、宏观微观破坏形态、延性特征以及损伤退化特性,并采用Ramberg-Osgood模型对循环加载骨架曲线进行拟合,进而得到Q235B及Q345B钢材在循环荷载下的一维应力应变关系骨架曲线;在Chaboche钢材塑性本构模型的基础上,通过试验标定,确定了两种等级钢材本构模型的关键材料参数,并结合通用有限元程序ABAQUS对试验结果进行有效模拟,为今后准确计算结构在地震荷载下的反应提供重要依据.结果表明:钢材在循环荷载下的反应与在单调荷载下的本构关系有很大差别,循环荷载下的骨架曲线对于准确的数值模拟起到重要作用;循环的圈数以及幅值会严重影响构件的断裂延性,钢材在循环荷载下的破坏应变不能按照单调荷载来确定.     

中应变率下材料力学性能的测试和试验研究

通过采用力学性能应变率无关的材料在不同应变率下的应力应变曲线进行比较的方法来检验应力波传播对载荷测试的影响,同时通过比较试验系统达到额定加载应变率的时间和弹塑性材料进入塑性变形的时间,给出了液压伺服试验机 MTS809能够较准确测试材料力学性能的应变率范围。采用该试验机对力学性能应变率相关材料纯铝进行了研究,结果发现纯铝在测试的应变率范围内具有应变率强化和高速韧性的特性。采用 Johnson-Cook 模型描述纯铝应变率相关的应力应变关系,拟合结果和试验结果一致吻合。     

High Temperature Mechanical Properties of High Strength Structural Steels Q550, Q690 and Q890

This paper reports the results of an experimental study on high temperature mechanical properties of high strength structural steel produced in accordance with Chinese materials standards. Steady-state tensile coupon tests were carried out on specimens made of China grade steels of Q550, Q690 and Q890. Nine elevated temperature levels up to 800°C were considered. The elastic modulus, yield strength, ultimate strength and ultimate strain were derived from the measured stress–strain curves. A model was developed to predict the high temperature properties of these steels using an approach developed by the National Institute of Standards and Technology and by calibrating the model parameters to the test data. The test results are compared to other tests on high strength steels reported in literature. The test results are also compared to predictions of high temperature properties from various building codes and other standards. The study found that steel grade has significant effect on the reduction factors. The difference between the reduction factors of elastic modulus for Q690 and Q550 was 30% at 600°C. In this study, reduction factor is defined as the ratio of the high temperature property to the corresponding room temperature property. The study also found that the material models in current codes are not applicable to the investigated high strength steels.     

建筑结构用耐火钢性能及涂料涂覆减薄研究

对采用Nb、Ti、Mo复合微合金体系优化设计的345MPa级耐火钢常温、高温下的力学性能进行研究。结果表明,优化后的345MPa级耐火钢有较低的屈强比与良好的高温力学性能。对普通Q235钢梁与345MPa级耐火钢梁进行不同厚度涂料涂覆和耐火测试,对钢结构防火涂料的涂覆减薄进行研究。结果表明,在同等防火涂料涂覆条件下,345MPa级耐火钢耐火极限高于普通Q235钢梁,耐火极限的提高主要由于软化温度的提高。345MPa级耐火钢在涂料涂覆减薄的条件下,满足北京2022冬奥会滑雪大跳台裁判塔二级防火设计要求。