G550高强度冷成型钢高温力学性能稳态试验研究

冷成型钢高温材料特性是进行冷成型钢结构抗火设计及数值模拟的基本参数。现有的冷成型钢高温材性试验可能限于试验设备条件及材料差异等原因导致结果差异明显,不够理想。本文利用MTS810试验系统对1mmG550冷成型钢平板及转角部位进行详细的高温稳态试验研究。将G550冷成型钢平板与转角部位试验结果进行细致对比,表明:G550冷成型钢转角冷弯效应在常温下可能引起不利影响;高温情况下,转角部位材性折减系数普遍低于平板部位,可能导致冷成型钢构件提早发生高温局部、畸变屈曲。将G550冷成型钢弹性模量、屈服强度、极限强度折减系数与现行欧洲规范、澳大利亚规范、英国规范及其他学者的试验结果进行比较,并采用统一表达式进行数值拟合。拟合公式与试验结果符合良好,满足工程精度要求。基于Ramberg-Osgood模型,提出G550冷成型钢高温本构关系表达式,表达式与试验曲线吻合良好,满足冷成型钢数值模拟要求。     

高温下钢材力学性能的试验研究

高温下钢材力学性能的确定是进行钢结构抗火反应分析的重要组成部分,为此进行了一系列钢材高温材性试验.基于对试验结果的分析,提出了便于应用的钢材三折线高温材性模型,为较精确地进行结构火灾反应分析奠定了基础.     

Q345冷成型钢高温力学性能试验研究

冷成型钢高温材料特征指标是进行冷成型钢结构抗火设计及数值模拟的重要参数。现有的钢材高温材性数据大多基于稳态试验方法得到,而瞬态试验方法较前者更接近实际火灾情况。利用MTS810试验系统对1.5mm厚Q345冷成型钢进行了高温力学性能试验研究,将瞬态、稳态试验结果进行对比分析。试验结果表明： Q345冷成型钢瞬态试验抗拉强度折减系数在430～700 ℃时普遍高于稳态试验结果,二者相对误差27%～57%;超过100 ℃,Q345冷成型钢瞬态试验高温弹性模量明显低于稳态试验结果,相对误差17%～156%;450～550 ℃时,相同温度、应变水平下,Q345冷成型钢瞬态试验应力-应变曲线弹塑性阶段应力值明显高于稳态试验应力值,导致瞬态试验高温屈服强度高于稳态试验结果,相对误差28%～40%。通过数值拟合给出Q345冷成型钢高温材性折减系数及本构关系表达式,表达式与试验结果基本吻合。     

高温下冷弯薄壁型钢的力学性能分析

由于火灾中冷弯薄壁型钢结构的力学性能参数(如:屈服强度和弹性模量)的急剧下降,引起承载力的下降,使得力学性能成为冷弯薄壁型钢结构设计的重要指标。因此需要掌握高温下冷弯薄壁型钢的力学性能(屈服强度和弹性模量)。尽管有高温下冷弯薄壁型钢力学性能的相关试验数据,但是该数据不能涵盖各种不同等级和厚度的冷弯薄壁型钢。针对在澳大利亚经常使用的两种厚度的高强和低强冷弯薄壁型钢进行高温试验研究。拉伸试验的温度控制在20～700℃。将试验结果与已知的降低屈服强度、弹性模量和应力-应变曲线的因素进行比较,以确定哪个因素可以被提高。在昆士兰工科大学,很多不同的冷弯型薄壁型钢的试验结果用于同样类似的研究中。改进后的方程用于分析一定范围内不同等级和厚度的冷弯型钢屈服强度和弹性模量降低的因素及应力-应变曲线。给出试验结果及与之前研究结果的比较、钢的设计标准和新的计算方程。     

瞬态和稳态条件下G550冷弯型钢力学性能

冷弯型钢高温下的力学性能是防火安全设计和数值分析的重要因素。现多采用稳态试验方法研究高温下材料的力学性能。然而,瞬态试验方法能更好地反应火灾的真实情况。采用瞬态和稳态两种方法对厚度为1mm的G550钢材进行试验,并对两种方法的试验结果进行讨论。结果显示,G550钢材的稳态试验结果不同于瞬态试验结果。G550钢材的稳态试验结果高估了冷弯型钢结构的耐火性。此外,将试验结果与其他研究人员的研究结果以及现有设计规范的计算结果进行比较,结果显示,采用BS5950计算的G550钢材屈服强度与瞬态试验结果相一致,比稳态试验结果保守。然而,其他情况下BS5950,AS4100和EC3的计算结果并不保守。最后,采用拟合法给出高温下考虑G550钢材的屈服强度、弹性模量、极限强度等折减因素的统一方程。基于Ramberg-Osgood模型给出G550钢材的应力-应变方程。该方程的计算结果与试验结果相符,能够满足实际工程的需要。     

国产Q690高强钢高温下力学性能试验研究

通过国产Q690高强钢的稳态试验研究,得到20～800℃下钢材的试验现象、应力-应变关系曲线、力学性能参数,并将所得试验结果与相关规范和已有研究进行比较。研究发现:随温度升高,试验后钢材表面及断口形貌区别明显,应力-应变关系曲线的初始线弹性段缩短、极限应力对应应变减小、下降段趋于平缓;弹性模量、屈服强度和抗拉强度等力学性能指标随温度升高而降低;而断后伸长率在200～500℃时相较于常温值有小幅度下降,600℃后明显增加;当温度低于500℃时,不同名义屈服强度折减系数之间存在较大差异。目前已有研究建议的钢材高温力学性能模型并不适用于Q690高强钢,通过试验结果拟合得到了高温下Q690钢力学性能模型,以期用于Q690钢材的钢结构抗火安全评估与设计。     

G550冷成型钢稳态试验高温力学性能研究

冷成型钢结构常用于住宅、商业和工业建筑中,其抗火性能一直受到广泛关注,但目前我国并未有相关设计规范,且冷成型钢高温材性试验结果的差异明显。文章使用MTS多功能电液伺服疲劳测试系统对0.75 mm厚的G550冷成型钢进行了稳态试验,得到0.75 mm厚G550冷成型钢的高温力学性能折减;将试验结果与国外规范进行对比,发现国外规范提供的高温材性折减系数并不适用于国内冷成型钢材料,进而文章提出适用于国内冷成型钢且精度良好的拟合公式。     

高温下及高温冷却后钢筋力学性能的试验研究

进行了圆钢、螺纹钢、冷拔和冷轧扭4种钢筋高温下力学性能的试验研究,同时进行了螺纹钢筋高温冷却后力学性能的试验研究,并与室温下钢筋力学性能进行了对比分析。了解高温下和高温冷却后钢筋力学性能的变化,对评估钢筋混凝土结构火灾后的性能有重要作用。     

高温后钢材及再生混凝土的力学性能试验研究

为了研究高温后钢材及再生混凝土的力学性能,设计了再生粗骨料取代率为100%的再生混凝土立方体试块并加工了钢材标准试件,对其进行常温、200~800℃(级差为100℃)的模拟火灾高温后的受力性能试验,细致观察了高温后再生混凝土、钢材的表观变化,获取了高温后再生混凝土的破坏形态和强度、钢材的屈服及极限强度等力学性能指标;分析火灾温度对钢材及再生混凝土剩余强度的影响,并提出高温后再生混凝土的剩余强度计算式。研究结果表明:随着温度的升高,钢材的屈服强度呈先上升后下降的变化趋势,极限强度在600℃以下时变化不大,在600℃以上则显著降低;随着温度的升高,其抗压强度逐渐降低。     

冷弯厚壁矩形型钢管冷弯效应

针对断面规格为□200×300×9.2的冷弯厚壁矩形型钢管,进行了平板、弯角、相应母材和短柱试件的力学性能试验。结合冷弯生产工艺,分析了平板、弯角试件力学性能随冷弯道次的变化规律,并与相关厚壁型钢冷作硬化效应作了比较。运用国内外冷弯型钢设计规范和相关文献中的修正公式,对该厚壁冷弯方形型钢全截面强度进行了设计和对比分析。结果表明：国内薄壁和国外厚壁公式都不可直接用于本冷弯厚壁矩形型钢强度设计,国外公式更偏于危险;魏氏体组织是造成带焊缝板件强度高而塑性差的主要原因;焊接热使板件受到低温“退火”而强度降低,从而导致两竖直侧平板件强度甚至低于母材。图8表8参10 关键词：冷弯厚壁矩形型钢管; 静载试验; 力学性能; 冷作硬化效应; 结构强度设计     

常温和高温下冷成型薄钢板抗剪连接件的性能

冷成型钢屋面板可以通过粉末冶金射钉或自攻螺钉直接与钢桁架上弦杆连接。对常温和高温下射钉和螺栓连接的剪切性能进行了试验研究和有限元分析。螺栓连接的研究中对承载能力的4个部分(包括薄钢板与螺杆间的承载能力、垫圈与薄钢板之间摩擦力、薄板与厚板之间的摩擦力、薄板倾斜的承载力)进行了定性和定量分析。射钉连接的研究表明,垫圈、射钉、薄板材和支承板之间具有较强的相互作用。在射钉推入过程中出现的隆起,将导致材料中厚钢板承载力提高,对连接的承载能力提高有积极作用。     

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。     

钢拱架在升温状态下的非线性弹塑性分析

提出了一种新型的非离散化方法,用于分析钢拱架在升温状态下的性能。钢拱架中单轴对称的横截面上具有弹性和塑性区域,经受着任意方向的热效应,如沿拱的长度方向和沿横截面的深度方向。公式中考虑了高温时可能产生的几何及材料非线性,以及潜在的悬链线效应的影响。采用ABAQUS对几何模型进行了非线性分析,通过与分析结果的对比验证了该模型的有效性与准确性。所提出的方法也给出了一些重要参数,如温度加载时钢拱架横截面底部纤维的温度分布,横截面顶部纤维与底部纤维的温差。所提出的模型也使有限元程序能更加准确地进行计算,并为钢拱架的抗火设计提供了一个计算的平台。     

升温下钢构件的强度设计标准

通过与非线性有限元模拟比较,对结构钢构件在升温下的设计公式进行了评估。比较美国钢协与欧洲标准委员会对温度在800℃侧向无支撑的Ⅰ型柱、梁、柱-梁的设计规定。欧洲规范3的规定与有限元模拟的结果相差10%～20%。另一方面,美国钢协的规范预测的强度与模拟结果相差高达2倍。对于温度超过300℃的中细构件,相差最大。提出了对美国钢协规范计算公式的修正建议,修正后的精度与模拟的结果误差在20%～30%。最后讨论了结构防火工程基于构件评估的局限性、未来的研究以及发展方向。     

高温下受约束钢梁的一般非线性模型

基于一般钢截面的弹塑性非离散半解析公式,提出一个新颖的数值方法,对受约束钢梁在高温下的非线性性能进行描述。模型与较大的变形位移效应以及材料的非线性相结合,用于评估曝露在室内火荷载下钢梁的性能。在温度增加时,模型考虑了屈服和悬链线作用。公式中考虑了梁截面受各种热作用情况下沿梁长方向的热梯度影响。采用经验函数,对随着温度的变化所引起的刚度退化和屈服强度进行模拟,这种方法隶属于工程力学中传统边界值问题。研究中所提出的方法与ABAQUS有限元模拟结果吻合,所提出的计算公式优于商业有限元软件包,公式可用于结构设计和评估平台。     

Constitutive Relationships for Steel Fibre Reinforced Concrete at Elevated Temperatures

Steel fibre reinforced concrete (SFRC) is an advanced cementitious composite where fibres can act as a profitable replacement for diffused reinforcement, like welded steel mesh, especially for thin cross sections. In this case fire becomes a very important condition in the design. Previous experimental research has shown the benefits in fire resistance of steel fibres, when structural elements are bent. The proper understanding of the effects of elevated temperatures on the properties of SFRC is necessary. In this study, constitutive relationships are developed for high-strength FRSC subjected to fire, with the purpose of given that capable modelling and to specify the fire-performance criteria for concrete structures. They are developed for unconfined FRSC specimens that include compressive and tensile strengths, modulus of elasticity, modulus of rupture, strain at peak stress, and compressive stress–strain relationships at elevated temperatures. The proposed relationships at elevated temperature are compared with experimental results. These results are used to establish compressive stress–strain relationships. Further experimental results for tension and the other main parameters at elevated temperature are needed in order to establish well-founded models and to improve the proposed constitutive relationships, which are general, rational, and fit well with the experimental results.     

高强钢S690的高温力学性能

由于火灾下钢结构力学性能退化将导致承载能力减小,因此将其作为钢结构设计的主要内容。为了解高强钢S690高温下的力学性能,使用稳态和瞬态方法对温度范围20～700℃的试样进行了试验研究。将试验结果与欧洲、美国、澳大利亚和英国设计规范进行对比,结果显示,现有规范均无法安全指导S690钢结构的耐火性设计。因此,研究高温下S690的力学性能具有重要意义。     

预应力平行钢丝束高温力学性能

采用非接触式应变视频测量(CCDC)系统,对抗拉强度为1670MPa的7根×7mm平行钢丝束进行高温力学性能试验.基于试验得到的平行钢丝束高温应力-应变全曲线,研究了平行钢丝束比例极限、弹性模量、名义屈服强度、断裂强度的高温折减系数以及高温应力-应变关系.结果表明:平行钢丝束高温下应力-应变全过程具有显著的应力强化阶段和颈缩阶段,2.00%应变下的高温名义屈服强度适用于平行钢丝束.     

常温和高温下钢板螺栓连接的设计

通过自攻螺钉可以将冷弯压型钢板与钢屋架的上弦杆直接连接。常温下,无论是EN1993-1-8规范还是EN1993-1-3规范都可以直接作为此类连接的设计规范。此外,在EN1993-1-2规范中,没有针对火灾中螺栓连接的设计条文。利用ABAQUS软件,建立了一个单剪螺栓连接的三维有限元模型。通过试验证实此模型的有效性之后,采用该模型计算常温和高温下螺栓连接的极限承载力。并且,分析了边缘效应和末端距离对连接承载力的影响。根据EN1990规范,考虑了分项系数,在试验和有限元分析结果的基础上,确定承载力设计值。