高强度钢材Q460C及其焊缝的疲劳性能试验研究

主要针对高强度钢材及其焊缝连接的疲劳性能进行研究。通过对Q460C母材及其焊缝连接进行的一系列常规轴向拉伸疲劳试验,测出同一类疲劳试件的S-N曲线。试验结果表明,该批次的Q460C母材及焊缝连接的抗疲劳破坏性能对荷载初值较敏感且试验结果离散性较大;200万次循环荷载下Q460C母材及焊缝连接的疲劳强度均大于《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)公式的计算值;Q460C母材焊缝连接的疲劳强度因焊缝的构造细节不同并没有太大差异。由于钢材的生产及焊接工艺种类较多,仅对该种高强度钢材及焊缝连接的疲劳性能进行了分析和比较,对于其他种类的钢材及焊缝连接的疲劳性能还有待进一步的研究。     

高强度结构钢材Q460D的疲劳性能试验研究

为探讨钢结构设计规范中高强度结构钢材的疲劳设计条文,促进高强度钢材的更广泛应用,选用Q460D钢材并对其材料的疲劳性能进行研究。利用该种钢材试件进行轴向拉伸疲劳试验,并测得描述材料疲劳性能的S-N曲线。试验结果发现:该批次的Q460D钢材试件疲劳试验结果有很大的离散性。试验得出,Q460D钢材在200万次下的疲劳强度比由GB 50017—2003《钢结构设计规范》计算的值要大。     

高强度结构钢材Q460D的疲劳性能试验研究

为探讨钢结构设计规范中高强度结构钢材的疲劳设计条文,促进高强度钢材的更广泛应用,选用Q460D钢材并对其材料的疲劳性能进行研究。利用该种钢材试件进行轴向拉伸疲劳试验,并测得描述材料疲劳性能的S-N曲线。试验结果发现:该批次的Q460D钢材试件疲劳试验结果有很大的离散性。试验得出,Q460D钢材在200万次下的疲劳强度比由GB 50017—2003《钢结构设计规范》计算的值要大。     

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。     

模拟酸雨大气环境下Q420B高强钢角钢的腐蚀疲劳性能试验研究

目前,高强钢在建筑结构中逐渐得到广泛应用,而其耐候性和疲劳性能对结构安全影响较大。对于长期暴露在野外大气环境中的结构,如输电铁塔,因长期受风致振动和大气环境中酸雨腐蚀的耦合作用,易发生腐蚀疲劳破坏甚至倒塌,所以研究酸雨大气环境下高强钢(如输电塔常用钢Q420B)的腐蚀疲劳性能具有重要意义。为此,对43根Q420B等边角钢在模拟酸雨大气作用下的腐蚀疲劳性能进行了研究,并基于简化的单点 似然法及单点 成组法拟合了其应力-疲劳寿命(Δσ-N)曲线和不同保证率p下的p Δσ N曲面。研究结果表明：酸雨大气环境缩短了Q420B角钢在中低荷载水平下对应的中长期疲劳寿命,而对高荷载水平下对应的短期疲劳寿命影响不大;环境因素对角钢的腐蚀疲劳性能有显著的影响,在模拟试验中,腐蚀液的pH值越低,间隔喷雾时间越长,相同荷载下角钢的腐蚀疲劳寿命越短。     

Q460D高强钢及其螺栓连接疲劳性能试验研究

为研究Q460D高强度钢材螺栓连接的疲劳性能,对Q460D高强钢母材、有孔板和螺栓连接3组试件进行了疲劳试验,拟合了Smax-N曲线,并与采用我国规范GB 50017—2003和美国规范ANSI/AISC 360-10相关公式的计算结果进行了分析对比。结果表明:疲劳试验数据总体较离散,但均在95%置信区间内,拟合的Smax-N曲线能反映不同应力幅下试件的疲劳寿命,具有较高可靠度;由于Q460D钢材硬度大,塑性变形能力较差,对缺陷比较敏感;有孔板和螺栓连接试件的应力集中系数均在2以上。其中母材、有孔板的疲劳极限应力试验值分别是采用GB 50017—2003相关公式的计算结果的2.01、1.45倍,是ANSI/AISC 360-10相关公式的计算结果的2.32、1.91倍;螺栓连接试件的疲劳极限应力试验值略低于GB50017—2003相关公式计算值,是ANSI/AISC 360-10的1.07倍,表明ANSI/AISC 360-10的相关公式更适用于Q460D高强钢螺栓连接疲劳性能的评估。     

基于应变能的不锈钢复合钢材低周疲劳性能研究

为了研究不锈钢复合钢的低周疲劳性能，在已有试验的基础上，从应变能的角度对不锈钢复合钢(复层钢材为S31603、基层钢材为Q355B)和基层低合金钢Q355B的疲劳性能进行分析，基于应变能引出标准滞回环的概念，分析循环应变能和材料的Masing特性，并提出一种基于能量的疲劳寿命预测模型。研究结果表明：应变幅是影响不锈钢复合钢和基层低合金钢应变能和低周疲劳寿命的主要因素；两种材料的循环硬化特征主要发生在前几次循环内，而后呈现循环软化特征；在整个加载过程中，两种钢材表现出循环稳定性，且稳态过程占据大部分循环周期；提出的基于应变能的低周疲劳寿命预测模型可以有效拟合不锈钢复合钢和基层低合金钢的低周疲劳寿命曲线，其可以作为应变-疲劳寿命预测的替代方案。     

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。     

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。     

支管在轴向荷载作用下Q460C高强钢T型圆管节点疲劳性能试验研究

对8个支管承受轴向荷载的Q460C高强钢T型圆管相贯节点分别进行热点应力试验和疲劳试验研究,将热点应力试验结果与现有热点应力集中系数计算公式进行对比验证分析,通过疲劳性能试验观察疲劳裂纹的发展过程和疲劳破坏模式,并对比分析了CIDECT和DNV疲劳设计规范中圆管节点疲劳S-N曲线对于高强钢管节点的适用性。研究表明,疲劳裂缝首先出现在67.5°到90°附近应力集中较大的区域（鞍点附近）,然后迅速沿着相贯线向冠点处发展,并在裂缝末端产生沿主管轴向的横向裂缝。通过试验结果与已有规范的对比分析表明,CIDECT建议的S-N曲线应用于支管承受轴向荷载的Q460C高强钢圆管节点的疲劳寿命预估在某些情况下是偏于不安全的,而DNV规范的计算值过于保守,因此同样也不适合于Q460C高强钢圆管节点的疲劳性能分析。