Q690D高强钢螺栓连接疲劳性能试验研究

为探究Q690D高强度钢材螺栓连接的疲劳性能,对Q690D高强钢母材、有孔板和螺栓连接三组试件进行疲劳试验,拟合了S-N设计曲线,并与现行规范进行比较,对其疲劳特性及疲劳寿命给予评价。试验结果表明：Q690D高强钢母材、有孔板、螺栓连接疲劳极限比GB50017理论计算值分别提高了170%、76.02%、47.76%,比AISC360理论计算值分别提高了200%、131.77%、70.49%,说明Q690D高强钢螺栓连接具有较高的抗疲劳能力。讨论了应力集中与螺栓预紧力对试件疲劳强度的影响,应力集中系数越大,疲劳强度越小,螺栓预紧力能缓和应力集中程度,可间接提高疲劳寿命。基于零塑性累积应变率假设得到了疲劳损伤公式,应力集中在一定程度上可以反应损伤发展,损伤曲线可以解释疲劳破坏机理。     

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。     

Q460D高强钢及其焊缝连接疲劳性能试验研究

在疲劳荷载作用下钢结构焊缝区易发生疲劳断裂,通过Q460D高强钢及其焊缝连接的疲劳性能试验研究,结合试验数据,拟合了Smax-N曲线预测其疲劳寿命,根据疲劳损伤理论分析了疲劳破坏程度,并通过断口形貌揭示了疲劳裂纹扩展规律。研究结果表明：Q460D母材具有较高的疲劳抗力;对接焊缝接头Smax-N的95%保证率曲线与ANSI/AISC 360-10的疲劳设计曲线吻合较好;GB 50017—2003的设计曲线能较好预估循环次数大于40万次以上十字接头的疲劳寿命。损伤指标能够较好地表征疲劳破坏过程中构件内部状态的变化,缺口系数越大,损伤发展越快。瞬断前裂纹扩展规律与损伤发展一致,随着损伤发展疲劳条带间距逐渐变大。     

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。     

Q690D高强钢焊缝连接疲劳性能试验研究

文中对Q690D高强度钢材及其焊缝连接的疲劳性能进行试验研究,讨论Q690D母材、对接接头、十字接头三种连接形式的疲劳极限;拟合了S-N设计曲线,并与现行规范进行比较,对其疲劳特性及疲劳寿命给予评价。试验结果表明：Q690D母材与普通钢材相比表现出较高的疲劳抗力;GB50017设计曲线能较好评估循环次数大于30万对接接头的疲劳寿命,且具有足够安全储备;十字接头S-N设计曲线与AISC360规定的疲劳设计曲线吻合较好。采用电镜扫描分析不同阶段断口的微观形貌特征,并基于零塑性累积应变率假设得到疲劳损伤公式,讨论焊接缺陷对试件疲劳损伤的影响。断口形貌可以反映试件的疲劳损伤发展过程,损伤曲线又很好地解释了断口的形成机理。     

高强H形钢混凝土组合柱偏心受压性能试验研究

为研究高强H形钢混凝土组合柱的偏心受压性能以及验证采用国内外相关规范计算此类构件承载力的可行性,进行了1∶3缩尺的10根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与2根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱的偏心受压试验,研究型钢钢材牌号、相对偏心距、含钢率与箍筋间距对组合柱偏压承载力与延性的影响。研究结果表明：当型钢钢材牌号由Q235提升至Q460、Q690时,组合柱的承载力和延性均有明显提升,型钢钢材牌号为Q690的组合柱承载力提高幅度略高于Q460的,其位移延性系数提高幅度明显高于Q460的;增大相对偏心距和含钢率可显著提升高强H形钢混凝土组合柱的延性;较小箍筋间距有利于充分发挥Q690高强H形钢的材料性能。将试验结果与按我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、欧洲EN 1994-1-1:2004以及美国ANSI/AISC360-16得到的型钢组合柱偏压承载力计算结果进行对比。结果表明,按EN 1994-1-1:2004、ANSI/AISC360-16得到的高强H形钢组合柱偏压承载力计算结果与试验结果相差较大,总体上偏于保守;按JGJ 138—2016的计算结果与试验结果...     

Experimental study on eccentric loaded high strength H-section steel reinforced concrete composite column

为研究高强H形钢混凝土组合柱的偏心受压性能以及验证采用国内外相关规范计算此类构件承载力的可行性，进行了1∶3缩尺的10根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与2根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱的偏心受压试验，研究型钢钢材牌号、相对偏心距、含钢率与箍筋间距对组合柱偏压承载力与延性的影响。研究结果表明：当型钢钢材牌号由Q235提升至Q460、Q690时，组合柱的承载力和延性均有明显提升，型钢钢材牌号为Q690的组合柱承载力提高幅度略高于Q460的，其位移延性系数提高幅度明显高于Q460的；增大相对偏心距和含钢率可显著提升高强H形钢混凝土组合柱的延性；较小箍筋间距有利于充分发挥Q690高强H形钢的材料性能。将试验结果与按我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、欧洲EN 1994-1-1:2004以及美国ANSI/AISC360-16得到的型钢组合柱偏压承载力计算结果进行对比。结果表明，按EN 1994-1-1:2004、ANSI/AISC360-16得到的高强H形钢组合柱偏压承载力计算结果与试验结果相差较大，总体上偏于保守；按JGJ 138—2016的计算结果与试验结果相差较小，当相对偏心距为0.2时计算结果总体上偏于安全，相对偏心距为0.6时偏于不安全。     

高强钢焊接箱形截面压弯构件局部稳定试验研究

为研究高强钢压弯构件的局部稳定性能，对5个Q460C和5个Q690D钢焊接箱形截面构件进行了单向偏压试验，分析了其破坏形式、局部稳定性能以及承载力；将实测承载力与欧洲规范EN 1993-1、我国标准GB 50017—2017和美国规范ANSI/AISC 360-16相关公式计算结果相比较，以验证各规范对Q460C钢和Q690D钢焊接箱形截面压弯构件屈曲后强度计算的适用性。研究结果表明：所有高强钢焊接箱形截面压弯构件均在柱中附近发生局部屈曲破坏；由轴向压力-轴向压缩变形或轴向压力-水平位移曲线可知，其为极值点失稳；构件的轴向压力-水平位移或轴向压力-应变曲线的形状和局部屈曲模式有关；在翼缘宽厚比为28.1～56.3、腹板高厚比为40.2～80.4、偏心距为20～50 mm范围之内，EN 1993-1和GB 50017—2017中的屈曲后强度计算公式仍然适用于Q460C和Q690D钢焊接箱形截面压弯构件，而ANSI/AISC 360-16中的相关公式需要进一步修正。     

高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件局部和整体相关屈曲试验研究

通过13个Q460C、Q550D和Q690D钢中长柱的双向偏压试验,研究了高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件的局部-整体相关屈曲性能和极限承载力;将极限承载力与美国、欧洲规范以及新提出的计算公式的计算结果相比较,以验证它们对高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件局部-整体相关屈曲计算的适用性。结果表明,在钢材名义屈服强度fy=460～690 MPa,板件宽厚比b/t=40～70,构件长细比λ=45～79,偏心距ex=ey=20～45 mm范围内,美国规范ANSI/AISC 360-16对较大长细比（λ=79）和Q690D钢较小宽厚比（b/t=40）试件的计算结果偏于保守;欧洲规范BS EN 1993-1-1对较小板件宽厚比（b/t=40）试件的计算结果偏于保守,对其余试件是安全的;使用新提出的有效屈服强度法所得到的计算结果和试验结果吻合良好;新提出的有效截面法对大部分试件的计算结果偏于保守。     

钢材强度对钢桥面板焊缝疲劳强度的影响

针对钢桥面板顶板与U肋构造细节,通过振动疲劳试验机开展20个试件的弯曲疲劳试验,研究钢材强度对连接焊缝疲劳强度的影响,同时采用名义应力法与热点应力法,结合我国JTG D64—2015、日本JSSC颁布的《道路钢桥设计指南》、国际焊接协会IIW document XIII-1965-03/XV-1127-03给出的S-N曲线,对试验结果的疲劳强度进行评定。研究表明:随着钢材强度的提高,疲劳寿命略有缩短,裂纹扩展寿命的缩短幅度大于萌生寿命;高强钢的疲劳强度与传统钢材总体相当,97.7%存活率下Q345q D试件与Q420q D试件的疲劳强度相差在10%以内;基于热点应力法评估顶板与U肋细节时,建议采用75 MPa强度等级疲劳曲线。     

高强H形钢混凝土组合柱轴压性能研究

为研究高强H形钢混凝土组合柱的轴心受压性能以及探究国内外现行规范对此类构件承载力计算方法的适用性,对12根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱及3根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱进行轴压试验,研究钢材强度等级、含钢率、长细比和配箍率等参数对构件承载力的影响。试验结果表明：内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与内置Q235普通H形钢混凝土组合柱相比,承载力最大提高幅度分别为19.6%和35.8%;高强H形钢含钢率的提升能显著提高组合柱的承载力;当组合柱长细比在23.0~45.9范围变化时,其对承载力影响不明显;提高配箍率对内置Q690的H形钢混凝土组合柱承载力的提高幅度高于内置Q460的H形钢混凝土组合柱。将试验结果与我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、美国ANSI/AISC 360-16和欧洲EN1994-1-1:2004中的H形钢混凝土组合柱轴压承载力公式计算值进行对比可得,各国规范的计算值均偏于保守,JGJ 138—2016的计算值与试验结果最为接近。考虑箍筋对混凝土的约束效应,对JGJ 138—2016的组合柱轴压承载力计算公式进行修正,修正公式所得承载力计算结果与试验结果误差降低至10%以内。基于约束效应建立组合柱有限元模型,考虑约束效应的承载力有限元模拟结果与试验结果吻合良好,误差在5%以内。     

Study on axial compression performance of high strength H-section steel reinforced concrete composite columns

为研究高强H形钢混凝土组合柱的轴心受压性能以及探究国内外现行规范对此类构件承载力计算方法的适用性，对12根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱及3根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱进行轴压试验，研究钢材强度等级、含钢率、长细比和配箍率等参数对构件承载力的影响。试验结果表明：内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与内置Q235普通H形钢混凝土组合柱相比，承载力最大提高幅度分别为19.6%和35.8%；高强H形钢含钢率的提升能显著提高组合柱的承载力；当组合柱长细比在23.0~45.9范围变化时，其对承载力影响不明显；提高配箍率对内置Q690的H形钢混凝土组合柱承载力的提高幅度高于内置Q460的H形钢混凝土组合柱。将试验结果与我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、美国ANSI/AISC 360-16和欧洲EN1994-1-1:2004中的H形钢混凝土组合柱轴压承载力公式计算值进行对比可得，各国规范的计算值均偏于保守，JGJ 138—2016的计算值与试验结果最为接近。考虑箍筋对混凝土的约束效应，对JGJ 138—2016的组合柱轴压承载力计算公式进行修正，修正公式所得承载力计算结果与试验结果误差降低至10%以内。基于约束效应建立组合柱有限元模型，考虑约束效应的承载力有限元模拟结果与试验结果吻合良好，误差在5%以内。     

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。     

Reduktion der Wanddicken bei Tragtürmen von Windenergieanlagen durch den Einsatz höherfester Stähle

Reduction of plate thickness of wind energy converters made by high strength steels. The design of wind energy converters is significantly defined by the fatigue strength of critical notch details, especially welded joints. The usage of high strength steels leads to no economical benefit because the fatigue strength of welded notch details are defined in design rules independently from the yield strength. The application of post weld treatment methods may increase the fatigue strength of these details significantly. Investigations on high frequency peening methods prove that a doubling of the fatigue strength can be achieved for steel grade S 690. An example of a connection detail is presented where it can be shown that by the application of the investigated methods together with a steel S 690 Q the plate thickness can be reduced to 45%.     

Tests and numerical study of ultra-high strength steel columns with end restraints

High strength steels with the nominal yield strength more than 460 MPa have begun to be applied in the construction of many steel structures, but there are short of sound researches on the major axis buckling behavior of such steel welded I-section columns, especially for the ultra-high strength steels having the nominal yield strength more than 690 MPa. In this paper, the experimental research is described on the overall buckling behavior about the major axis of ultra-high strength steel compression I-section columns with end restraints. In this research 8 columns made from 2 kinds of ultra-high strength structural steels S690 and S960, with nominal yield strengths of 690 MPa and 960 MPa, respectively, were tested. Based on the test results, the finite element analysis (FEA) model was validated to analyze this behavior of ultra-high strength steel columns, and the buckling strength of pin-ended columns fabricated from such steels were calculated by the verified FEA model, which were compared with the design buckling strengths according to the Eurocode 3, the American specification for structural steel buildings ANSI/AISC 360–05, and the Chinese codes for steel structures design GB50017-2003 respectively. It shows that the major axis nondimensional buckling strengths of the ultra-high strength steel compression columns, whose buckling curve is type b according to Eurocode 3 and GB50017-2003, are much higher than that calculated according to the column curve b, even higher than the curve a₀ in Eurocode 3 and the curve a in GB50017-2003 on average, and they are also higher than the design values according to ANSI/AISC 360–05. It is therefore indicated that the buckling strength about the major axis of the ultra-high strength steel I-section columns is improved a lot compared with the ordinary strength steel columns on a non-dimensional basis, and the column curve a₀ and curve a can be adopted to design this behavior in Eurocode 3 and GB50017-2003, respectively. Besides, there is no obvious difference between the major axis nondimensional buckling strengths of the pin-ended I-section columns fabricated from these two kinds of ultra-high strength steels: S690 and S960. These research works will provide the test basis to complete the buckling design method and theory of the ultra-high strength steel columns, and also be helpful for the application of ultra-high strength steel structures.