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。     

基于不完全数据的Q345大型角钢疲劳性能研究

为利用疲劳试验中出现的部分不完整疲劳试验数据,将不完全数据整体估计法与单点-似然法相结合建立兼顾效率和精度的概率S-N曲线模型。基于传统单点-似然法,充分考虑不完全疲劳试验数据出现的概率,利用极大似然原理建立带有不完全数据的三参数幂函数S-N曲线表达式回归分析方法,给出概率S-N曲线表达式。同时,对6根规格为∟160×12的大型Q345等边角钢开展疲劳试验研究,观察不同疲劳荷载作用下等边角钢的破坏特征,分析其疲劳寿命的变化规律。利用建议带有不完全数据的概率S-N曲线模型构建方法,建立Q345大型角钢的概率S-N曲线模型。结果表明,与传统单点-似然法的计算值相比,建议带有不完全数据的概率S-N曲线模型构建方法拟合的参数值S0、m和C分别仅相差1.61%、4.32%和4.15%;Q345大型等边角钢疲劳振动次数越多,缺口越整齐,脆性破坏特征越显著;疲劳寿命随荷载减小而明显增加,荷载由197.82MPa减小到169.28MPa时等边角钢的疲劳寿命增加了100.41%;建议方法能有效利用不完整疲劳试验数据建立概率S-N曲线方程。     

酸雨环境下Q420B钢材腐蚀疲劳裂纹扩展试验与模型研究

为研究特高压输电塔所用Q420B结构钢在酸雨环境下的腐蚀疲劳裂纹扩展行为,开展了Q420B的CT试样在人工酸雨喷雾腐蚀环境下的腐蚀疲劳试验。试验采用背面应变法监测裂纹长度,研究喷雾方式、pH值、应力比对裂纹扩展速率的影响。试验现象及断口分析表明,CT试样的断裂类型主要为穿晶疲劳断裂,腐蚀疲劳机制主要为阳极溶解机制。对于各工况,基于Paris模型推导了考虑模型参数随机性及da/dN数据波动性的腐蚀疲劳裂纹扩展速率P-da/dN-ΔK模型。结果表明,腐蚀疲劳裂纹扩展速率的离散性随应力强度因子幅的增大呈先减小后增大的趋势,该现象与Paris模型参数的线性相关性有关;相较于浸泡腐蚀,喷雾腐蚀下的裂纹扩展阶段存在明显的裂纹闭合效应,导致在ΔK较低阶段喷雾工况裂纹扩展速率均低于纯疲劳工况;腐蚀液pH值越低,裂纹扩展速率曲线斜率越大,但其初始速率也越低;应力比方面,增大应力比能明显缓解裂纹闭合效应,且裂纹扩展速率随应力比的升高而升高。     

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。     

酸雨腐蚀砖墙抗震性能试验及恢复力模型研究

为了研究一般大气环境下酸雨作用对砌体结构抗震性能的影响,以4榀相同特性的砖墙作为研究对象,进行了酸雨模拟加速腐蚀试验和低周反复荷载试验,考察了砖墙的抗震性能随着酸雨腐蚀循环次数增加的退化现象,得到了砖墙的荷载-位移滞回曲线。通过对比各腐蚀循环次数下的试验数据,分析并建立了砖墙构件性能的退化规律。基于Ibarra-Krawinkler滞回模型建立了不同酸雨腐蚀循环次数下砖墙的退化恢复力模型,并利用OpenSees进行模型验证。结果表明该恢复力模型能够准确的描述酸雨腐蚀下砖墙构件在反复荷载作用下材料的非线性,为酸雨环境下砌体结构地震反应分析奠定基础。     

钢筋混凝土梁腐蚀后疲劳性能的试验研究

对先人工腐蚀和预裂后再人工腐蚀的钢筋混凝土梁试件进行了静力荷载和高周疲劳荷载试验研究,比较了腐蚀对钢筋混凝土梁静力性能和疲劳性能的影响。研究表明,当钢筋腐蚀率较低(小于5%)时,钢筋混凝土梁的静承载力没有明显的变化,但在高周反复荷载作用下,梁疲劳承载力大为降低,特别是试验前预腐蚀的梁,疲劳寿命仅为未腐蚀梁的26%。疲劳承载力降低的原因是局部腐蚀(即使程度很小)导致梁中钢筋出现微缺陷,或使已有的微缺陷扩大,加速了钢筋微裂纹的扩展。所以,对于腐蚀环境中承受反复荷载作用的钢筋混凝土结构,设计中应特别注意腐蚀对结构疲劳性能的影响。     

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。     

氯盐环境下钢筋混凝土结构腐蚀疲劳寿命评估

氯盐侵蚀环境与疲劳荷载的耦合作用显著影响钢筋混凝土结构的安全性和耐久性。本研究建立了钢筋混凝土结构在氯盐侵蚀环境和疲劳荷载耦合作用下的腐蚀疲劳寿命预测模型。该模型考虑了疲劳荷载对钢筋锈蚀速率的影响以及钢筋锈蚀引起的疲劳损伤累积的加速效应。以某工业厂房中6 m跨度钢筋混凝土吊车梁为例，评估了吊车梁的疲劳损伤与腐蚀疲劳寿命，并通过参数化分析讨论了吊车起质量、工作频率和氯盐侵蚀环境等级对疲劳损伤以及腐蚀疲劳寿命的影响。结果表明：吊车梁在设计工况下的腐蚀疲劳性能良好，在设计使用年限内未发生腐蚀疲劳破坏，且最终的腐蚀疲劳寿命为109.8年。吊车起质量、工作频率和氯盐侵蚀环境等级可以导致钢筋混凝土吊车梁的腐蚀疲劳寿命最高分别降低61.7%、45.9%和41.1%。     

预应力混凝土梁疲劳性能研究现状

对预应力混凝土梁疲劳性能的研究进展进行了详细阐述,论述了等幅疲劳荷载下预应力混凝土梁的疲劳性能及疲劳加载后的静力性能,对控制其疲劳破坏形态的影响因素以及在疲劳加载过程中的受力筋应变变化、裂缝开展和挠度变化规律进行了总结。讨论了变幅疲劳荷载下预应力混凝土梁的疲劳寿命及加载顺序对疲劳寿命的影响,分析了变幅疲劳加载过程中的刚度退化,同时对腐蚀后预应力混凝土梁的疲劳性能进行分析,总结了钢绞线、普通钢筋腐蚀损伤对试验梁疲劳破坏形态、极限承载力及疲劳寿命的影响。在对文献进行总结分析的基础上,根据当前研究所存在的问题,提出了今后预应力混凝土结构疲劳性能研究的方向。结果表明:预应力混凝土梁疲劳破坏始于受力筋疲劳断裂,受压区混凝土一般不会发生破坏,变幅疲劳加载及腐蚀损伤对其疲劳性能有较大影响。     

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。     

风载作用下悬索桥吊索腐蚀疲劳寿命分析

悬索桥的吊索在运营期间的安全是桥梁结构安全的最重要条件之一.根据与外部环境接触的先后顺序及破坏的先后顺序,将拉索钢丝的锈蚀演化过程描述为4个不同的阶段,同时在桥梁抖振时程分析基础上,模拟出脉动风作用下东海某跨海悬索桥1号吊索的应力响应时程并探讨了风载作用下的腐蚀疲劳寿命.结果表明:在高风速作用下,吊索构件的应力幅相应较...     

酸雨环境下老旧砖砌体的抗压性能

为研究酸雨环境下老旧砌体抗压力学性能退化规律,实验室配置了PH值分别为1.5、2.5和3.5的3种硫酸和硝酸混合溶液来模拟酸雨环境,采用完全浸泡加速腐蚀的试验方法对砖、砂浆和砖柱进行不同程度的腐蚀,并测定其抗压强度。试验表明,随着腐蚀时间的增加,砂浆试块抗压强度先增大后降低;砖试块抗压强度随腐蚀时间的增加而降低;模拟酸雨溶液PH值越小,砂浆和砖试块抗压强度降低程度也愈大;砖柱极限承载力和弹性模量均随腐蚀时间的增加而降低,且模拟酸雨溶液PH值越小,降低程度愈大;随着腐蚀时间的增加,砖柱初始刚度逐渐减小,极限破坏位移增大;模拟酸雨溶液PH值越小,砖柱在达到峰值荷载时的变形值越小,脆性愈大;基于试验结果,建立了酸雨环境下砖柱应力应变曲线上升段统一数学表达式及酸雨侵蚀后普通烧结粘土砖砌体剩余抗压强度回归公式。     

氯离子侵蚀环境下混凝土结构耐久性寿命评估方法研究

根据氯离子侵蚀环境下混凝土结构中钢筋锈蚀的发生和发展,分析了结构性能的衰退过程,得到了氯离子侵蚀环境下结构耐久性寿命评估模型.考虑到寿命评估模型中主要参数的不确定性影响,基于Monte Carlo原理,采用CrvstalBall软件对混凝土构件进行了随机模拟.随机模拟结果显示,保护层厚度及氯离子浓度是影响氯离子侵蚀环境下混凝土结构耐久性寿命的重要参数.     

海洋腐蚀环境下钢筋混凝土梁疲劳试验研究

对8根钢筋混凝土梁进行了大气环境、淡水及海水环境下的疲劳试验,研究了其力学性能及刚度损伤演化规律。进一步分析了三种环境与循环荷载共同作用下试件梁的破坏形态、挠度发展规律和疲劳寿命。试验结果表明,腐蚀和疲劳存在耦合作用,海水腐蚀环境与5%~70%荷载水平作用下,梁疲劳寿命最短。根据理论分析和试验结果,对钢筋混凝土梁在严酷海洋环境下的疲劳寿命及其规律进行了进一步研究,参考已有文献和试验研究结果给出了基于钢筋混凝土梁刚度损伤演化规律的疲劳寿命预测模型,经计算,实测结果与该预测模型计算结果之间的误差不超过13%。     

钢筋混凝土梁腐蚀疲劳的试验研究

本文进行了钢筋混凝土梁在空气环境、淡水环境和盐水环境中的疲劳试验,研究了反复荷载下三种环境中梁的变形发展过程和疲劳寿命。结果表明,在环境和反复荷载的共同作用下,钢筋混凝土梁的挠度-荷载循环次数曲线具有明显的三阶段特征,反映了梁中钢筋裂缝萌生、稳定扩展和不稳定扩展,但曲线的斜率不同,盐水中的最大,淡水中的次之,空气中的最小,说明盐水中的梁损伤最快,淡水中的中等,空气中的最慢。试验同时表明,盐水中梁的疲劳寿命最短,淡水中的中等,空气中的最长,这是不同环境中梁损伤速度不同的结果。本文还根据试验结果给出了三种环境下不同荷载循环次数时钢筋混凝土梁挠度的公式及S-N方程。     

钢筋混凝土结构腐蚀疲劳研究现状与发展

针对钢筋混凝土结构在腐蚀环境下承受疲劳荷载发生腐蚀疲劳的现象,分析介绍了近几年钢筋混凝土腐蚀疲劳的研究现状,并提出了进一步需要研究的问题,以避免或减慢腐蚀疲劳的破坏。     

酸雨对钢筋混凝土结构耐久性的影响分析

以汶川大地震为背景,结合震灾区严重的酸雨腐蚀环境,阐述了酸雨对混凝土结构的危害性,且从混凝土的碳化和硫酸盐腐蚀两种破坏形式探讨了酸雨降低混凝土结构耐久性的腐蚀机理,并提出了相应的防治措施,以降低酸雨对建筑物的危害。     

模拟酸雨环境下混凝土抗拉性能试验研究

为揭示酸雨环境下混凝土抗拉性能的变化规律,在实验室配置了pH1.0硝酸硫酸混合溶液来模拟酸雨环境,采用完全浸泡的加速腐蚀试验方法对40个哑铃形混凝土试件进行不同程度的腐蚀,完成了受侵蚀不同程度的混凝土单轴拉伸试验.结果表明:在腐蚀初期,混凝土的抗拉强度、弹性模量和峰值应变逐渐递增;随腐蚀时间的延长,抗拉强度和弹性模量逐渐降低,但峰值应变仍继续增长;在相同环境下,混凝土抗压强度对腐蚀环境的敏感性较抗拉强度的敏感性大.基于试验结果,提出了酸雨环境下混凝土单轴抗拉应力-应变曲线上升段统一数学表达式.     

高周疲劳损伤下Q345等边角钢受力性能试验研究

为研究风荷载作用下输电线路中Q345等边角钢构件在不同的初始高周疲劳损伤下对其受力性能的影响,通过对1组无初始损伤构件和3组带不同初始疲劳损伤Q345等边单角钢试件的低周往复加载试验,得到了各组试件的承载力、刚度退化及滞回耗能等变化规律。研究结果表明：在低周反复荷载作用下,当初始高周疲劳振动从0次最终增加至4.0×104次时,试件承载力降低了36.1%,刚度降低了75.4%,累积耗能系数降低了57.4%,并最终导致构件累积损伤破坏。