高强冷成型钢开口截面轴压构件的高温后数值仿真与承载力研究

冷成型钢构件在经历火灾(高温)后,力学性能可能发生衰减,需要关注其承载力的变化并做出准确评估.因此,在现有高强冷成型钢过火后材性与构件测试结果的基础上,通过数值仿真模拟预测构件经历不同温度后的力学行为.通过参数分析,开展开口截面承压构件过火后性能分析,研究高温后的构件长细比、截面形式对承载力和破坏模式的影响,评估常温构件设计方法的适用性.有限元建模和参数分析的结果表明:(1)冷成型钢构件材性的衰减不是影响其过火后性能的唯一因素,在特定温度段须考虑重量折减;(2)高温后长细比与构件破坏模式的关系与常温构件相似;(3)纵向加劲,特别是腹板加劲能够显著改善常温及过火后构件的承载能力;(4)常温构件承载力计算方法(直接强度法)整体上过高地估计了高温后构件的承载力,需引入高温后的构件几何缺陷.     

火灾高温后6061-T6铝合金挤压型材残余力学性能研究

为评估火灾高温后6061-T6铝合金挤压型材的残余力学性能,设计加工了16个标准试件,通过静力拉伸试验和往复滞回试验,研究了过火温度、冷却方式、过火时间等因素对火灾高温后铝合金残余力学性能的影响规律.基于试验数据,得到如下结论:1)火灾高温后,材料弹性模量变化不大,但材料屈服强度、极限强度和断裂强度显著下降;2)过火温度和过火时间是影响强度的主要因素,冷却方式影响不大,温度越高、时间越长,强度下降越明显;3)采用Ramberg-Osgood模型,对火灾高温后材料的循环加载骨架曲线进行拟合,得到循环荷载下的应力-应变关系骨架曲线,为火灾高温后;铝合金结构的抗震性能和抗风性能评估提供了依据.     

Q345冷成型钢高温后力学性能研究

将2种厚度的Q345冷成型钢试件加热至不同温度,待冷却至室温后进行轴向拉伸试验。分析冷成型钢材料高温后的本构曲线,以及相关力学性能指标的变化规律。归纳不同的厚度对冷成型钢材料力学性能的影响。利用Origin对试验数据处理并拟合出相关指标的预测方程,以便准确地预估材料高温后的力学性能,可用于冷成型钢结构火灾后的性能评估。     

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。     

Q345冷成型钢高温蠕变性能试验研究

高温蠕变会加速热轧型钢构件受火失效，而对冷成型钢构件的高温蠕变性能研究有待深入。为此，对厚1.0 mm的Q345冷成型钢进行了8个试验温度(200～700℃)下的高温蠕变试验，每个试验温度设置2～8个应力水平(应力比0.10～1.1),总计41个试验工况，最长持时240 min。得到了不同温度和不同应力比下的蠕变曲线，并与已有的Q345热轧型钢高温蠕变曲线进行对比。结果表明：相同温度及应力比下，冷成型钢蠕变发展要快于热轧型钢，在实际工程中，应区别对待热轧型钢与冷成型钢的蠕变特性。基于高温下试件进入加速蠕变阶段的最小应力水平，给出了Q345冷成型钢在温度400～700℃下的蠕变断裂临界应力比，其中，温度为400～500℃和700℃时，蠕变断裂临界应力比高于屈服强度折减系数；而温度为550～600℃时，蠕变断裂临界应力比低于屈服强度折减系数，Q345冷成型钢可能会在达到高温屈服强度之前发生蠕变破坏，不利于结构安全。根据复合时间强化模型和稳态蠕变速率与应力比的定量关系，分别给出Q345冷成型钢高温蠕变曲线预测模型和稳态蠕变速率预测模型，预测值与试验值均较为接近，适用于预测Q345冷成型钢在温...     

Q345冷成型钢高温力学性能试验制度参数的影响研究

钢材的火灾全过程高温本构是开展冷成型钢结构抗火研究的重要输入数据。为此,开展国内常用Q345冷成型钢高温力学性能试验研究,定量考察峰值温度保温时间、降温速率、温度历程以及稳态与瞬态试验方法等试验制度参数对其力学性能的影响,结果表明： 高温稳态试验中,峰值温度保温时间和降温速率对钢材高温力学性能影响不明显,相对百分偏差均介于-10%~10%之间;若温度历程中各次升温过程峰值温度中的最高温度和拉伸温度均相同,则钢材在多次升降温过程下的高温力学性能与其在一次升降温过程降温段的高温材性相互接近; 高温瞬态试验中,温度历程对钢材高温试验应变影响显著;相同拉伸温度下,升温与降温段的应变相对偏差最高可达12904%; 稳态与瞬态试验方法对考虑温度历程的冷成型钢高温应变影响亦非常明显,试验参数范围内,相同拉伸温度下应变相对百分偏差最大可达14851%。总之,Q345冷成型钢的火灾全过程高温本构需考虑温度历程中各次升温过程峰值温度中的最高温度和拉伸温度的影响,且稳态与瞬态试验方法所构建的高温本构模型并不等效。     

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。     

Influence of test procedure parameters on high-temperature material properties of Q345 cold-formed steel

钢材的火灾全过程高温本构是开展冷成型钢结构抗火研究的重要输入数据。为此，开展国内常用Q345冷成型钢高温力学性能试验研究，定量考察峰值温度保温时间、降温速率、温度历程以及稳态与瞬态试验方法等试验制度参数对其力学性能的影响，结果表明： 高温稳态试验中，峰值温度保温时间和降温速率对钢材高温力学性能影响不明显，相对百分偏差均介于-10%~10%之间；若温度历程中各次升温过程峰值温度中的最高温度和拉伸温度均相同，则钢材在多次升降温过程下的高温力学性能与其在一次升降温过程降温段的高温材性相互接近； 高温瞬态试验中，温度历程对钢材高温试验应变影响显著；相同拉伸温度下，升温与降温段的应变相对偏差最高可达12904%； 稳态与瞬态试验方法对考虑温度历程的冷成型钢高温应变影响亦非常明显，试验参数范围内，相同拉伸温度下应变相对百分偏差最大可达14851%。总之，Q345冷成型钢的火灾全过程高温本构需考虑温度历程中各次升温过程峰值温度中的最高温度和拉伸温度的影响，且稳态与瞬态试验方法所构建的高温本构模型并不等效。     

高强度螺栓过火冷却后力学性能试验研究

高强度螺栓连接是钢结构最常用的连接方式之一,其火灾后受力性能对整个结构灾后承载安全至关重要。通过对常用的8.8S和10.9S高强度螺栓进行高温过火冷却后力学性能试验研究,得到了过火温度对应力-应变关系曲线、屈服强度、抗拉强度和弹性模量的影响规律。试验包括自然冷却、泼水冷却两种冷却方式。研究结果表明：当过火温度超过400 ℃时,过火与冷却作用对高强度螺栓的力学性能将产生较大的影响;当过火温度超过700 ℃时,冷却方式对高强度螺栓的力学性能影响有较大的差别,在自然冷却条件下,延性不断加大,强度有略微回升,但幅度不明显;在泼水冷却的情况下,应力-应变曲线呈现明显脆性,塑性平台消失,强度大幅度回升,在过火温度超过800 ℃后10.9S高强度螺栓的强度甚至比未受火时提高约20%。     

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。     

钢结构侧面角焊缝高温后力学性能

开展了43个侧面角焊缝连接试件高温冷却后的拉伸试验,过火温度介于200~900℃,冷却方式包括自然冷却和泼水冷却.采用三直线模型计算高温后侧面角焊缝极限抗剪强度变化系数.结果表明:高温后侧面角焊缝破坏截面与钢板平面的夹角基本呈45°,表明焊缝是在剪切应力作用下发生破坏;过火温度超过400℃后,侧面角焊缝极限抗剪强度开始显著下降,过火温度为700℃时焊缝极限抗剪强度降幅约为25%;过火温度超过700℃后侧面角焊缝极限抗剪强度有所回升,冷却方式对焊缝极限抗剪强度的回升程度有显著影响;以三直线模型计算的高温后侧面角焊缝极限抗剪强度变化系数结果与试验值吻合良好.     

高强Q960钢高温后力学性能试验研究

为了研究高强Q960钢在火灾后的力学性能,对过火温度为300~900℃的高强Q960钢试件进行了稳态拉伸试验,得到其在自然冷却和浸水冷却条件下的应力-应变曲线、弹性模量、屈服强度和极限强度.结果表明:600℃是高强Q960钢强度发生明显变化的临界温度,将试验结果与普通Q235钢、Q345钢和高强Q460钢、Q690钢、S960钢进行比较,发现不同种类钢材经历高温后的力学性能退化程度并不相同;根据试验结果,建立了高强Q960钢高温后力学性能折减系数随温度变化的拟合公式,拟合结果与试验结果吻合较好.     

不同冷却条件下钛-钢复合钢材高温后力学性能和本构模型

钛-钢复合钢是一种拥有良好力学性能和耐腐蚀性能的双金属材料。为了准确评估火灾后钛-钢复合钢的剩余服役能力,对高温后不同冷却条件下钛-钢复合钢的力学性能进行了试验研究。试验结果表明：经过高温和冷却处理后,钛-钢复合钢的复合界面保持有效连接;在拉伸试验过程中,颈缩之前复层TA1与基层Q235保持协同变形;过火温度和冷却方式对钛-钢复合钢断裂模式有较大影响,根据基层和复层断裂顺序分为基层和复层基本同时断裂、复层先于基层断裂、基层先于复层断裂等3种破坏模式。与已有其他钢材试验结果的对比分析表明：与不锈钢S30408、S31608不同,钛-钢复合钢的弹性模量基本不受过火温度和冷却方式影响;高温后自然冷却条件下,钛-钢复合钢屈服应力显著高于常温的,而极限应力基本不受过火温度影响;水冷条件下,过火温度不超过600℃时,过火温度对钛-钢复合钢力学性能基本没有影响,而过火温度超过600℃后,随着过火温度升高钛-钢复合钢屈服应力和极限应力显著提高,这与其他钢材略有区别。基于试验结果拟合了钛-钢复合钢的三段式非线性本构模型,采用模型的预测结果与试验结果吻合较好。     

冷弯方钢管标准试件高温下力学性能试验

由于冷成型钢材与传统热轧钢存在材料和制作工艺上的不同,导致二者在高温环境下具有不同的力学表现行为.探讨了一种冷成型钢材在不同温度下的力学性能,试件分别取自截面尺寸为□600 mm×16 mm,□700 mm×20 mm,□800 mm×22 mm的方钢管,取件位置包括方钢管的平板区、转角区和焊缝处.试验采用稳态试验的方...     

高温后结构钢材单调拉伸和循环荷载试验研究

现有的火灾后钢材残余特性研究大多着眼于钢材在高热下或升温后的残余静力特性,而对过火后钢材在循环荷载作用下的滞回和抗震特性鲜有研究。对于建筑结构和桥梁中常用的Q235和Q355两种钢材,对其进行了500～1 000℃的模拟火灾加热处理,并进行自然冷却或浸水冷却。对于冷却后的钢材试样进行了单向拉伸试验和2种不同荷载变化规律下的循环加载试验,得到了模拟温度和不同降温方式对于两种钢材滞回特征的影响规律。由试验结果可得,在受到的最高温度不高于600℃时,Q235和Q355钢材在自然冷却和浸水冷却后的单向拉伸和往复荷载工况下,其强度等级和弹塑性强度发展特征均与相应的未进行加热处理的钢材相似。当过火温度高于600℃时,自然冷却后Q235和Q355钢材的初始屈服强度会随过火极限温度的升高而逐渐下降。但在循环荷载影响下,钢材存在循环硬化效应,且该效应将随着过火极限温度的升高而逐渐显著。高温经历所导致的强度削弱会逐渐恢复。Q235和Q355钢材在循环荷载作用下的滞回刚度会逐渐下降,且极限温度和冷却方式会影响滞回刚度的下降幅度。高温过火且浸水冷却条件下,Q235和Q355钢材循环硬化效应显著,弹性域增长显著...     

G550高强度冷成型钢高温力学性能瞬态试验研究

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,而瞬态试验方法显然较前者更接近实际火灾情况。本文利用MTS810试验系统对1mmG550冷成型钢进行了详细高温瞬态试验研究,并将试验结果与已完成的同批次G550冷成型钢高温稳态试验进行了细致对比,结果表明:①G550冷成型钢瞬态试验极限强度折减系数在525℃以下时与稳态试验结果比较接近,但在550℃以上时明显高于稳态试验结果;②相同温度、应力水平下,G550冷成型钢瞬态试验应变值高于稳态试验结果,尤其在应力-应变曲线非弹性段二者差异明显。因此,瞬态试验方法与稳态试验方法对G550冷成型钢并不等效。然后,基于统计平均方法得到瞬态试验高温弹性模量以及屈服强度,同样与稳态试验结果进行了比较;最后,通过数值拟合提出了G550冷成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,满足工程精度要求。     

高温后不同冷却条件下钢材力学性能试验研究

对经200 ℃,400 ℃,600 ℃和800 ℃热处理后的Q235钢材在自然冷却和浸水冷却两种冷却条件下的力学性能展开试验研究.描述了高温后钢材的表面特征,定性地探讨了受热温度、冷却方式对高温后钢材力学性能的影响,包括屈服强度、极限强度、弹性模量、伸长率和颈缩率,最后用最小二乘法建立了不同冷却条件下高温后钢材屈服强度和极限强度与热处理温度之间的数学模型,并将试验结果和模拟结果进行了比较.试验表明,高温后,钢材在自然冷却条件下,其力学性能基本不变;而在浸水冷却条件下,其力学性能的变化与热处理温度密切相关,尤其是热处理温度达到600 ℃以后,各项力学性能变化明显.     

Q690钢材高温后的力学性能试验研究

通过升温、冷却和拉伸试验,对历经300~900℃高温后的Q690钢材在自然冷却和浸水冷却条件下的力学性能展开试验研究。结果表明：经高温冷却的Q690钢材在不同温度和不同冷却方式下有不同的外观特征;受热温度超过500℃时,高温冷却对Q690钢材的弹性模量影响很小,对其强度和伸长率影响较大;当受热温度不超过700℃时,Q690钢材高温后的强度和伸长率在两种冷却方式下具有基本相同的变化规律;在700~800℃之间,不同冷却方式对Q690钢材高温后强度和伸长率产生影响,且随温度升高差别愈加明显,自然冷却条件下强度降低且伸长率增大,浸水冷却条件下强度增大且伸长率减小。将Q690钢材高温后力学性能与Q235钢材和Q460钢材比较,认为不同强度等级钢材高温后的力学性能差别显著,在自然冷却条件下较高强度钢材（Q690）的强度衰减和延性增长大于较低强度钢材（Q235和Q460）的。根据试验结果,建立了不同冷却条件下的高温后各力学参数与受热温度之间的数学模型,该模型可用于火灾后Q690钢结构的承载能力的评估。     

受火后钢-混凝土组合梁材料性能试验研究

为研究火灾高温后组合梁桥的基本材料力学性能与特征,共制作3片具有代表性的缩尺梁模型：简支 T 形梁、简支箱形梁及连续箱形梁,利用火灾试验炉进行局部三面受火试验,并给出详细的试验方案。通过受火后取样试件与未受火试件的材性试验结果对比,可以发现受火（最高温度在700～900℃）对钢板材料的屈服强度及极限强度均有一定程度的降低,降低幅度为10％～20％;而钢板材料弹性模量随温度升高略有变化,但变化值不大。火灾对混凝土强度材性的影响可以忽略不计,但对其冷却后的材料强度有一定影响,相对于常温混凝土其强度会降低5％左右。     

冷成型钢开口截面短柱高温后力学性能试验研究

为了研究冷成型钢轴压构件的高温后力学行为,对45根开口截面短柱加热至预定温度,冷却后再进行轴压测试。试验设定7种加热温度和两种保温时间,探究温度场参数与构件承载力之间的关系。考察不同加劲模式下,三种开口截面构件的抗火性能和局部稳定性。试验结果表明:1)加热温度和保温时间均可显著影响构件承载力;2)不可把构件承载力的下降简单等同于材性的衰减;3)纵向加劲可以改善开口截面构件的局部稳定性,且腹板加劲的作用更明显。同时利用试验结果评估直接强度法的适用性,可以发现:承载力计算时,对经历温度在700℃以上的试件必须考虑温度引起的构件质量损失;考虑高温效应的修正直接强度法能够提供比较精确和可靠的开口截面高温后承载力计算值。