960MPa高强度钢材及其焊缝低温冲击韧性试验研究

对14 mm厚的960 MPa高强度钢材及其对接焊缝进行了低温冲击韧性试验研究,得到了母材、焊缝区和热影响区(HAZ)的夏比冲击功Akv随温度的变化关系及韧脆转变温度,将该结果与460 MPa钢材及345 MPa钢厚板进行比较分析,最后通过扫描电镜对其断裂微观机理进行了分析.结果表明:Akv随温度降低而下降,韧脆转变特征明显;960 MPa高强度钢材的Akv总体上大于460 MPa钢材;与345 MPa钢厚板相比,常温下高强度钢材的Akv较小,但随温度降低,普通强度钢厚板的Akv下降幅度更大;钢材强度过高使其吸收的弹性功较高,低温下厚度对其冲击韧性的影响较强度更明显,母材的低温Akv小于焊缝区,但焊缝区更容易发生韧脆转变,体现了960 MPa高强度焊接钢材较大的缺陷敏感性.试验为960 MPa高强度钢材及其焊接钢材在低温地区的推广应用提供了参考数据,同时也为研究冲击韧性和断裂韧性2个指标之间的关系提供了依据.     

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。     

高强度钢材疲劳性能研究进展

疲劳破坏是钢结构失效的主要形式,也是工程界与学术界关注的重点。在总结了国内外高强钢母材、焊缝连接和螺栓连接的疲劳性能研究现状基础上,介绍了疲劳寿命理论计算方法,结合大量试验数据分析统计了高强度钢材疲劳寿命发展规律,并基于国内外不同的疲劳设计规范对高强钢母材及连接接头的抗疲劳能力进行了评估。结果表明：随着钢材强度等级的提高,高强钢母材表现出较好的疲劳性能,规范设计曲线偏于保守,明显低估了高强钢母材的抗疲劳性能;受焊接工艺和焊接质量影响,高强钢焊缝连接的疲劳强度提高幅度较小,ANSI/AISC 360-10和EN 1993-1-9规范曲线能够较好地评估Q460D与Q690D焊缝连接的疲劳特性,并具有足够的安全储备;螺栓连接的疲劳强度受预紧力、摩擦面处理、成孔方式等众多因素影响,已有研究表明随着钢材强度的提高,疲劳强度亦有改善,ANSI/AISC 360-10和BS 7608-2014设计曲线适用于Q460螺栓连接疲劳寿命计算,具有足够安全保障,对于Q690钢螺栓连接疲劳性能评估,规范方法偏于保守。随着高强度钢材在实际工程中的应用增多,需开展大量不同等级高强钢母材和连接形式的疲劳试验,补充Q460及以上强度钢材的疲劳设计方法和细部连接构造。     

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。     

不同规范高强度钢材焊缝连接设计方法对比分析

针对高强度钢材焊缝连接,对欧洲规范Eurocode 3、美国规范ANSI/AISC 360-10及中国GB50017(送审稿)的设计计算方法进行对比,并在有限元计算的基础上,针对GB50017(送审稿)的长焊缝折减系数提出改进公式。结果表明,相较于欧洲规范和美国规范,中国规范在强度指标方面比其他两本分类更细,但强度折减也较多。钢结构设计规范的发展应继续加强在Q460及以上的高强度钢材焊缝连接的研究。     

浅析钢结构脆性断裂和疲劳的防治措施

本文主要对钢结构脆性断裂和疲劳的问题进行了深入细致的分析,论述了其断裂和疲劳的原因及防治措施,总结出提高和改善钢结构构件疲劳性能的设计、施工等措施,进而更好地避免钢结构构件疲劳破坏。     

建筑结构用高强度钢材力学性能研究进展

随着钢材生产工艺的提高,新型高强度、高性能结构钢材出现;由于目前钢结构设计规范和钢材标准对结构钢材的力学性能指标有着严格的限值要求,特别是屈强比,高强度钢材钢结构的发展和应用受到了制约。全面介绍国内外建筑结构用高强度钢材的生产工艺和牌号种类,总结包括欧洲、北美、澳大利亚、日本和中国在内的国内外规范标准对结构钢材力学性能的要求,并对几个重要的力学性能指标,如屈强比、断后伸长率等进行对比分析,整理大量国内外高强度钢材材性试验数据和研究进展,分析并得到其力学性能特点,提出适用于数值计算的材料本构模型。研究结果表明,新型高强度结构钢材在具有高韧性的同时也具有较高的屈强比和较低的断后伸长率,且往往超过大多数规范的限值规定,这大大限制了此类钢材钢结构的工程应用。因此,需要进一步讨论和定量研究钢材力学性能与结构安全性的关系,研究是否可以适当放松规范对结构钢材力学性能的限值规定。该研究有利于更合理全面地认识高强度结构钢材的力学性能特点和相应的规范限值规定,促进高强度钢材钢结构的相关研究工作,也有利于高强度钢材钢结构的工程应用和规范修订。     

高强度钢材钢结构的工程应用及研究进展

为研究高强度钢材钢结构的受力性能,了解国内外最新研究进展,促进该类新型绿色节能结构体系的更广泛应用,并为今后的相关研究提供参考和指导,对国内外高强度钢材钢结构的工程应用和最新的研究进展进行总结,特别是清华大学近期所做的一系列试验研究,包括高强度钢材的静力力学性能、韧性和循环荷载下的本构模型,构件截面的残余应力分布、受压钢柱的稳定性能和滞回性能、高强度钢材板件螺栓连接的延性和承载力,高强度钢材钢框架的抗震性能以及高强度钢材钢结构的相关有限元分析等内容。结果表明,高强度钢材钢结构在材料、构件和结构体系三个层面上都具有明显的优势,但现有的设计方法并不完全适用,需要发展新的设计理论和计算公式,以期更合理、安全地应用高强度钢材钢结构。     

高强度钢材螺栓连接抗剪性能试验研究

近年来高强度钢材在工程中得到了逐步推广和应用,尤其是Q460强度等级的高强度钢材。但是目前各国规范都尚未对高强度钢材螺栓连接设计方法做出具体规定,仍沿用普通强度钢材的设计方法。因此,需对端距、边距和螺栓间距等几何构造对高强度钢材螺栓抗剪连接性能的影响进行深入的试验研究。针对10,12 mm厚的Q460强度等级的高强度钢材进行螺栓抗剪连接试验,通过改变两个10.9级M27高强度螺栓的几何布置,研究不同端距、边距和螺栓间距情况下,高强度钢材的承压性能的变化情况。由试验可以观察到螺栓抗剪连接的3种不同的破坏模式:端部撕裂、孔壁拉长和板净截面拉断。同时还将试验得到的极限承载力与欧洲和美国钢结构设计规范设计值进行比较。结果发现,现有规范并不能很好地预测高强度钢材螺栓抗剪连接的破坏模式和极限强度,建议更深入地进行参数分析以完善规范设计方法。     

高强度钢框架梁柱节点低周疲劳断裂性能试验研究

高强度钢结构节点的低周疲劳断裂性能是影响其抗震性能的关键因素,对于高强度钢结构的抗震设计及其在抗震区的推广应用至关重要。为研究受强震作用高强度钢结构节点的低周疲劳断裂性能,完成了4个高强钢框架栓-焊混接梁柱节点足尺试件的低周疲劳往复加载试验,包括2种不同的焊接孔形式和4种焊接工艺,测得各试件的断裂失效模态及承载性能。基于试验结果,分析了焊接工艺细节及焊接孔形式、钢材强度对高强钢框架梁柱节点断裂性能的影响,研究了这类节点的断裂失效机制。结果表明：当采用有效的构造改进措施,且翼缘焊缝质量得以保证时,高强度钢框架梁柱节点破坏前能承受较大的塑性变形,断裂性能良好。     

钢结构高强螺栓脆性断裂的研究现状

介绍了当前高强螺栓的研究现状及动态,论述了钢材脆性断裂理论、研究动态以及脆性断裂的影响因素和高强螺栓的脆性断裂理论、研究方法。提出了当前尚需解决的问题。     

湿热周浸环境下高强钢对接焊缝的疲劳性能

通过湿热周浸模拟海洋浪溅区腐蚀环境,对Q690高强钢对接焊缝开展了疲劳性能试验,分析了腐蚀损伤与焊缝缺陷对其疲劳性能的影响.结果表明：Q690高强钢对接焊缝具有良好的抗疲劳能力,当腐蚀时间为100 d时,试件质量损失率为8.46%,焊缝区和热影响区的平均腐蚀速率分别为1.14、1.22 mm/a,疲劳极限减小了32.7%;锈蚀试件断口裂纹分布呈平行条带状,且随着腐蚀损伤程度的增大,在高应力水平下的疲劳条纹数量减少,损伤累积明显提高.     

高强混凝土断裂特性的试验研究与分析

试验研究了掺超细矿渣和硅粉的高强混凝土的断裂特性并与欧洲国际混凝土协会提出的ＣＥＢ－ＦＩＰ 中的相关内容进行了比较与分析，混凝土的抗压强度，抗拉强度和弹性模量随超细矿物掺合料的掺加有明显的增大，且变化情况与ＭＣ９０相近，而超细矿物掺合料对混凝土脆性的影响比较复杂；单掺超细矿渣基本上不影响高强混凝土的脆性，双掺超细矿渣和硅粉明显增加混凝土的脆性，而且它们的变化情况与ＭＣ９０相差较大。     

钢纤维高强混凝土的断裂韧度

通过100个尺寸为100 mm×100 mm×515 mm的钢纤维高强混凝土试件以及相同尺寸的45个高强混凝土试件切口梁三点弯曲试验,探讨了钢纤维体积分数和相对切口深度对高强混凝土断裂韧度的影响和高强混凝土断裂韧度的统计分布规律.结果表明,随着钢纤维体积分数的增加,钢纤维高强混凝土断裂韧度增益比成线性增加;随着切口深度的增加,断裂韧度略有降低;高强混凝土断裂韧度服从威布尔分布.在试验结果的基础上,建立了钢纤维高强混凝土断裂韧度的计算公式.     

聚丙烯纤维对超高强混凝土断裂特性的影响

通过三点弯曲梁试验研究了聚丙烯纤维掺量和种类对抗压强度100MPa的超高强混凝土断裂性能的影响.结果表明:超高强混凝土裂缝破坏过程分为3个阶段.聚丙烯纤维对延缓超高强混凝土第1阶段和第2阶段裂缝破坏发展有一定的效果,但效果不明显.聚丙烯纤维对延缓超高强混凝土第3阶段裂缝破坏发展效果明显.与未掺聚丙烯纤维超高强混凝土相比,掺2kg·m-3长度19mm聚丙烯纤维的超高强混凝土断裂能增加50.8%,韧性提高54.5%,各龄期抗压强度增大,而掺2kg·m-3长度9mm聚丙烯纤维的超高强混凝土断裂能增加45.5%,韧性提高29.4%,各龄期抗压强度降低.     

花岗岩高应力状态脆延破坏细观力学强度特性

通过花岗岩的单轴试验、颗粒流程序和编制的fish语言程序获得了细观力学参数,并进行了不同围压下的花岗岩脆性破坏和延性破坏强度试验,分析了4种强度准则对脆延破坏强度的拟合与预测效果,得到如下结论:随着围压增加,屈服阶段增长,峰值强度提高,峰后软化效应减小,花岗岩由脆性破坏逐渐转变为延性破坏,脆延破坏分界围压为100 MPa;对花岗岩脆延破坏强度的整体拟合和预测精度,Mohr-Coulomb准则对脆性破坏强度的拟合误差最大且高估了延性破坏强度,指数强度准则拟合误差居中而低估了延性破坏强度,Hoek-Brown准则拟合精度也居中而预测结果与延性破坏强度相接近,Bieniawski准则拟合误差最小且对延性破坏强度的预测最优;花岗岩的围压影响系数随围压增加呈负指数关系减小,围压影响系数趋于定值的转折围压与花岗岩脆延破坏转化分界点对应围压基本一致,表明花岗岩脆性破坏阶段强度提高受围压影响显著,延性破坏阶段强度的单位围压提高率为定值。     

超早强修补混凝土抗折疲劳特性研究

本文研究了路面超早强修补混凝土的抗折疲劳特性,并建立了修补混凝土的疲劳方程;结果表明,修补混凝土与普通混凝土相比、抗折疲劳性能提高,但它的应力敏感程度却有所增加。     

纤维增韧高强轻骨料混凝土力学性能与微观结构

采用碎石型高强页岩陶粒制备了不同纤维类型和体积分数的LC60级纤维增韧高强轻骨料混凝土,研究了其力学性能,并从微观尺度揭示了纤维增韧机理.结果表明:高强轻骨料混凝土界面的黏结性能优于普通混凝土;纤维能够有效阻止高强轻骨料混凝土裂缝的发展,还可适当提高其抗压强度,并明显提高其抗折强度和劈裂抗拉强度,起到增强增韧的作用;钢纤维与水泥浆体的黏结性能良好,碳纤维可在高强轻骨料混凝土中均匀分散且与水泥浆体的黏结性能良好;相同体积分数下,碳纤维的增韧作用优于钢纤维.     

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.     

矿物掺合料对高强混凝土断裂脆性的影响

研究了几种矿物掺合料对高强混凝土断裂脆性的影响。研究表明,随矿物掺合料的掺合,混凝土的抗压强度和抗拉强度有明显的增大。矿物掺合料对混凝土脆性的影响比较复杂,超细矿渣粉对混凝土的脆性影响不大;硅灰使混凝土的脆性明显增加;而粉煤灰则对改善混凝土的脆性非常有利。