输电线铁塔钢材的低温力学和冲击韧性试验

为选择合适的输电线铁塔钢材,防止杆塔因构件发生低温脆性断裂引起的破坏,通过系列室温和低温条件下的单轴拉伸和冲击试验,研究了输电线铁塔用Q345B、Q420B、Q460C钢管和Q345B、Q420B角钢钢材的力学性能和冲击韧性;通过对比分析,评价了钢管和角钢钢材的塑性指标;利用Boltzmann函数曲线拟合,得到了钢管和角钢钢材的韧-脆转变温度.结果表明:钢材的屈服强度和抗拉强度随温度的降低而增大,其塑性指标均能满足规范要求;钢材夏比冲击功值随温度降低而减小,Q345B钢管和角钢钢材的韧脆转变温度较高,抗低温冷脆性能较差,结合拉伸和冲击试验结果,建议在寒冷地区优先采用Q420B钢管,不宜采用Q345B角钢.     

钢结构厚板的低温断裂韧性试验

针对钢结构厚板工程中脆性裂纹事故时有发生的问题,研究了钢材厚度与断裂韧性的关系.采用三点弯曲试样,利用厚板钢材Q345B在低温下对结构进行了裂纹尖端张开位移(CTOD)试验,试验选取了不同的钢板厚度、不同的试验温度和沿厚度方向不同的取样位置,分析了断裂韧性随钢板厚度、试验温度与取样位置的变化规律,并采用Boltzmann函数对断裂韧性随温度变化曲线进行了拟合,分析了各厚度钢板的韧脆转变温度.试验结果表明:厚板的断裂韧性随温度的降低而减小; 厚度较大的钢板其断裂韧性相对更差; 沿厚度方向从表面到中心位置,断裂韧性逐渐降低.     

Q460D高强钢断裂性能试验研究及断裂准则的校准

为了考察Q460D高强钢在多轴应力状态下的断裂性能,本文分别对切口圆棒试件、剪切型及拉剪型平板切口试件、平板槽口试件进行了断裂试验.随后,利用扫描式电子显微镜对各试件断口处的微观断裂机制进行了观察分析,考察了应力状态对结构钢材断裂性能的影响,并利用试验结果对Rice-Tracey延性断裂准则进行了校准.试验研究结果表明应力状态对Q460D钢的延性与微观断裂机制有显著的影响.Rice-Tracey延性断裂准则可以准确的捕捉材料因应力三轴度升高引起的延性下降趋势.     

Q460高强度钢材焊接T形截面残余应力影响参数实验研究

为研究Q460高强度钢材焊接T形截面残余应力的分布规律,采用分割法对8 mm和12 mm厚的8个不同截面尺寸的试件进行了测量。基于实验结果,分析研究了板件宽厚比、板件厚度以及翼缘和腹板的相关性对Q460高强度钢材焊接T形截面残余应力的影响。结果表明:翼缘和腹板的残余压应力随板件宽厚比和厚度的增大而减小,残余拉应力与板件宽厚比和厚度无直接关系;翼缘和腹板的残余应力自相平衡,二者相互之间没有影响。该研究结果能够为进一步研究Q460高强度钢材稳定性提供参考。     

约束高强度Q460钢梁的抗火性能

为了研究约束高强度Q460钢梁的抗火性能,在已有约束钢梁分析理论的基础上,引入残余应力,提出了约束钢梁的抗火性能分析方法,并采用普通强度约束钢梁试验数据对分析方法进行了验证。考虑高强度Q460钢材高温下力学性能参数,利用所提出的方法分析了约束高强度Q460钢梁的抗火性能,并与普通强度Q345钢梁进行了对比。对影响约束高强度Q460钢梁的抗火性能参数进行了分析,包括荷载比、残余应力、轴向约束刚度、转动约束刚度和受火方式等。研究表明:所提出的分析方法准确可靠,高强度Q460钢梁抗火性能与普通强度钢梁具有较大的区别,高强度Q460约束钢梁的抗火性能明显优于普通强度约束钢梁。荷载比、轴向约束刚度、转动约束刚度、受火方式对高强度Q460约束钢梁有较大影响。     

新型Q460高强度钢材在输电铁塔结构中的应用

为了研究Q460高强度钢材在输电铁塔结构中应用的可行性,结合国内外输电铁塔中高强钢的应用现状,介绍了Q460高强度角钢钢材的化学成分、力学性能,对高强角钢市场供货能力、使用技术经济性、高强钢设计技术参数的选取和焊接工艺等方面进行了研究分析.结果表明,输电铁塔结构中使用Q460高强角钢,既有明显的经济技术效益,又有利于节...     

钢结构厚板对接焊缝的低温断裂韧性试验

随着钢板厚度的增加,焊接难度加大,且存在焊接裂纹缺陷的可能性也增大.为防止钢结构厚板焊接接头的脆性断裂,采用三点弯曲试样,以裂纹尖端张开位移(CTOD)为指标,对厚度为150mm的Q345B钢板对接焊缝低温下的断裂韧性进行试验研究. 分析了焊缝金属和热影响区断裂韧性CTOD值δm随温度的变化关系,并用Boltzmann函数对断裂韧性-温度曲线进行拟合,结合试样断口的扫描电镜图分析了断裂的微观机理. 试验结果表明:焊缝金属和热影响区的CTOD值δm随温度的降低而降低,从20 ℃~-60 ℃,降幅分别达78％和91％;热影响区CTOD值δm比焊缝金属和母材均要小. 试验积累了厚板对接焊缝的断裂韧性数据,为低温地区钢结构厚板对接焊缝脆性断裂的预防提供了技术基础.     

高强度Q460钢梁抗火性能研究（Ⅰ）——理论分析

为了得到高强度Q460钢梁高温下的抗火性能,采用有限差分法推导了高温下高强度Q460钢梁的截面温度计算方法并计算了温度分布,提出了钢梁各个组件温度的修正公式。基于常温下钢梁的整体稳定临界弯矩,根据Q460钢材的高温力学性能参数,分析得到了高强度Q460钢梁高温下临界弯矩和整体稳定验算参数;并利用等效刚度法考虑了温度不均匀分布的影响,研究了高强度Q460钢梁在不均匀温度下的极限承载力、临界温度和稳定系数。     

约束高强度Q460钢柱抗火性能试验

为获得高强度Q460钢柱的抗火性能,采用火灾试验炉对4个约束Q460钢柱进行抗火性能试验,试验采用恒载升温模式和ISO-834标准升温曲线,考虑了两个约束刚度和两个荷载比,测量了钢柱受火过程中的温度、轴向位移和跨中挠度,并得到了约束Q460钢柱的屈曲温度和破坏温度,采用约束钢柱的轴力放大系数方法计算了试件的破坏温度并和试验结果进行对比.研究表明:轴向约束刚度和荷载比对Q460钢柱的抗火性能影响较大,相同荷载比下轴向约束刚度大的钢柱破坏温度低,相同约束刚度下荷载比大的钢柱破坏温度低;轴力放大系数方法可以确定约束高强度Q460钢柱的临界温度.     

ZGMn13钢的韧脆转化现象

通过系列冲击试验，对高锰钢的低温韧性进行了研究，并对其断口形貌进行了观察，研究结果表明高锰钢具有明显的韧脆转化现象，其冲击断口微观形貌由室温时的窝断口逐渐变为低温下的塑性沿晶断口。     

Q460E-Z35钢焊接传热过程的数值模拟

对Q460E-Z35钢进行了温度场和应力场的三维数值模拟。模拟结果验证了当钢材与所选的焊材匹配时,不产生裂纹的最低预热温度为150℃,提高预热温度可以更好地提高焊接材料的抗裂性。模拟结果对Q460E-Z35钢焊缝抗裂纹的能力、焊接接头的使用性能以及焊接接头抗脆性断裂的优化设计具有指导意义。     

高强钢板组合螺栓抗拉性能有限元分析

高强钢板钻孔攻丝后替代螺母,与高强螺杆组合成一种新的单边螺栓连接副,可用于钢管柱框架节点.为研究钢板组合螺栓抗拉承载力和破坏机理,在本组试验研究的基础上对4类钢板组合螺栓共64个试件进行单调拉伸数值模拟,以板厚和螺杆直径为研究变量,包括Q345B、45号钢、Q460C和Q690D四种钢材和10.9级M16、M20、M24、M27和M30五种规格高强螺栓.结果表明:Q345B、Q460C和Q690D均可作为45号钢的替代材料;钢板组合螺栓在锚固可靠的条件下,可按螺杆螺纹极限抗拉荷载的70%作为其抗拉设计值;钢板较薄时,发生钢板螺纹滑牙破坏,螺栓拔出,螺杆最大应力位于锚固区,钢板向外凸起,凸起量大于支点间距的1/200;钢板较厚时,发生螺杆拉断破坏,螺杆最大应力位于构造区,两种破坏模式中钢板的最大应力均位于钢板螺纹第一扣处.为保证钢板组合螺栓不发生钢板螺纹滑牙破坏,建议Q345B钢板厚度不宜低于1.15d;Q460C钢板厚度不宜低于1.10d;Q690D钢板厚度不宜低于0.95d,根据弹性力学和螺纹传力机理推导高强钢板组合螺栓抗拉承载力公式,公式计算结果与有限元结果吻合良好,研究成果可为钢板组合螺栓的设计提供参考.     

基于夏比试验确定船用钢板断裂韧性

为了寻求材料的冲击韧性和断裂韧性之间的对应关系,根据已有的夏比V型缺口冲击试验数据,建立了冲击试验吸收能与试验温度和韧脆转变温度之间的曲线关系,提出了不同强度不同质量等级船用钢板厚度、使用温度和断裂韧性三者之间函数关系,并结合PSN曲线的思想,引入了可靠度的概念,实现了确定任意可靠度下不同板厚和使用温度所对应的钢板断裂韧性的方法,为含裂纹损伤结构的安全状态评估提供依据．     

高强Q690钢柱高温下轴心受压局部稳定设计方法

局部屈曲是钢结构构件的一种破坏模式,钢结构发生局部屈曲破坏时,屈曲应力小于钢材的屈服强度。为了研究高温下高强Q690钢柱的局部稳定性能,采用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,模型采用其他学者完成的Q460钢柱轴心受压局部屈曲试验进行验证,考虑宽厚比、温度、初始缺陷、残余应力和翼缘与腹板之间相互作用的影响,对高强Q690钢柱进行参数分析。研究结果表明：宽厚比对局部屈曲有显著影响,宽厚比的增大导致试件极限承载力的降低;初始缺陷和残余应力对局部屈曲应力有较大影响,且试件的极限承载力随着温度的升高而明显下降。基于有限元分析结果提出了适用于高强Q690钢柱高温下的局部稳定设计方法和宽厚比限值,并与GB 50017-2017、Eurocode 3和ANSI/AISC 360-10中的设计方法进行了比较。     

Effects of low temperature on properties of structural steels

The experiments were carried out to measure the mechanical properties of three grades of structural steels (Q235A, 16Mn and Q390E steel ) at low temperature. It was shown that the strength of the steels increases while the plasticity and toughness decrease as temperature drops. In the transitional area the toughness drops rapidly with temperature. Among the three structural steels, Q390E steel has the best toughness and the lowest sensitivity.