马钢耐火钢高温下材料性能试验研究

为了得到高温下耐火钢的材料特性,对马钢集团开发的耐火钢在高温下的力学性能进行了试验研究。通过高温下的恒温加载拉伸试验,得到不同温度下耐火钢的屈服强度、极限强度、延伸率、面缩率和应力-应变关系,并测定高温下耐火钢的热膨胀系数,采用悬丝耦合共振法测定高温下耐火钢的初始弹性模量。试验表明,马钢耐火钢在600℃时的屈服强度大于常温下的2/3,弹性模量大于常温下的3/4。通过对试验结果的分析,拟合得到耐火钢的各力学指标参数随温度变化的计算公式,这些公式可用于耐火钢结构抗火性能的分析与设计。     

460MPa耐火钢高温力学性能研究

在MTS809材料试验机上,完成了460 MPa耐火钢在温度为100～600℃,以及温度为600℃时不同保温时间的高温拉伸试验,并进行了试样断口微观形貌的分析。试验结果表明:460 MPa耐火钢600℃的屈服强度满足设计强度的要求。     

460 MPa耐火钢高温泊松比试验研究

为测量460 MPa耐火钢的高温泊松比,在MTS809材料试验机上,完成460 MPa耐火钢室温、高温100～600℃拉伸与扭转试验,利用高温拉扭引伸计测定材料在不同温度下的弹性模量与剪切模量,根据泊松比、弹性模量与剪切模量的关系式,计算得到材料的高温泊松比.利用室温径向与轴向引伸计,通过拉伸试验测量得到460 MPa...     

耐火钢与普通结构钢高温强度的比较试验

对两种耐火钢(FR)与普通结构钢在常温到高温700℃之间的力学性能比较试验研究结果显示,耐火钢比普通结构钢具有更好的高温力学性能,耐火钢在约650℃时的屈服强度为常温下强度的50%,而普通结构钢在550℃时的屈服强度就已降到常温下强度的50%。同时耐火钢的高温(600℃)蠕变也比普通结构钢的小。研究结果表明在建筑设计中用耐火钢替代需要采取防火措施的普通结构钢更经济安全。     

高性能耐火钢高强度螺栓接头高温受剪性能试验研究

为促进高性能耐火钢材设计理论发展与工程应用,对采用不同型号高强度螺栓的10个高强度螺栓连接接头进行了不同温度条件下的受剪试验,其中包含4个采用普通高强度螺栓的连接接头以及6个采用BFRW10耐火高强度螺栓的连接接头,连接板均采用WGJ高性能耐火钢.试验研究了常温下螺栓接头的摩擦面抗滑移系数、不同温度下螺栓接头的荷载-位...     

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.     

高性能耐火耐候建筑用钢力学性能研究

对武钢研制的高性能耐火耐候建筑用钢的力学性能 ,包括拉伸、冲击、无塑性转变温度、断裂韧性及应变时效敏感性等进行了研究。试验结果表明 :该钢材具有优良的综合力学性能。     

高温射流冲击下耐火混凝土烧蚀试验研究

为探究火箭高温尾焰射流冲击作用下混凝土的烧蚀行为,现以高铝质耐火混凝土试块为研究对象,通过浇筑定型烘干养护等手段制备试验成品,随后基于自主研发的氧煤油燃气发动机烧蚀系统调整出高温高速的试验工况,并采用编写程序的方式控制伺服电机以完成发动机及试样的移动,达到对烧蚀距离、角度及时间的调节,最终记录试验现象结合烧蚀结束后混凝土受火面宏观形貌与质量、线烧蚀率分析耐火混凝土热损伤进程。结果表明：高温高速射流冲击混凝土试块,受热面中心迅速升温呈炽红色,其面积随时间逐渐向周围扩张,且模态由固相转为熔融流态,烧蚀过程中持续飞溅出高温颗粒体。30 s试验结束后,测算耐火混凝土试块质量烧蚀率达0.302 g/s,线烧蚀率为0.177 mm/s。     

Experimental study on mechanical properties of high-strength fire-resistant steel at elevated temperatures

为研究高强耐火钢在高温下的力学性能，通过国产Q345FR、Q420FR、Q460FR耐火钢的高温下稳态拉伸试验和热膨胀变形试验，得到了20~800℃下各等级耐火钢的破坏模式、应力-应变关系曲线、力学性能参数及热膨胀系数，并与普通结构钢高温性能以及欧洲、中国的抗火设计规范的相关规定进行了对比。研究结果表明：在温度低于350~400℃时，国产高强耐火钢屈服强度、抗拉强度高于常温的，当温度超过400℃后，屈服强度、抗拉强度开始快速下降；欧洲规范EC3中给出的高温下普通结构钢的弹性模量、强度计算公式不适用于高强度耐火钢；温度低于450℃时，耐火钢试验值与GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》中普通钢取值更吻合；温度高于450℃时，耐火钢试验值与规范GB 51249—2017中耐火钢取值更吻合。针对Q345FR、Q420FR、Q460FR高强耐火钢，提出了高温下弹性模量、屈服强度、抗拉强度变化系数拟合公式，可用于耐火钢结构抗火设计。     

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。     

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。     

控轧控冷型高强钢高温下的力学性能试验研究

通过稳态法进行了控轧控冷(TMCP)型Q550高强钢在不同温度下的力学性能试验研究,得到常温及200～800℃9个不同高温下钢材的表观特征、应力-应变关系与基本力学性能参数,包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度及断后伸长率.结果表明:应力-应变关系曲线在常温时有屈服平台而高温下没有,在超过300℃的高温下曲线形状不同;温度...     

经历不同温升作用后CFRP筋受力性能的试验研究

为研究经历不同温升作用后碳纤维(Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP)筋材的静力性能,以筋材的处理温度为试验参数,完成9个试件的轴向拉伸试验;以筋材的处理温度和初张比为试验参数,完成15个试件的横向受力试验。结果表明：处理温度不超过100℃时,筋材的轴向拉伸、横向受力及与活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称RPC) 间黏结强度等性能的退化程度轻微。对于轴向拉伸试验,经历30℃和100℃温升作用的试件均发生筋材拉断破坏,处理温度100℃试件的抗拉强度、极限应变和弹性模量较30℃试件分别减小2.9%、1.0%和1.6%;经历200℃温升作用的轴向拉伸试件均发生滑移破坏,筋材与RPC界面间的平均黏结强度较常温条件下降低34.5%,弹性模量较30℃试件减小9.1%。对于横向受力试验,所有试件均发生折断破坏。初张比一定时,随着处理温度由30℃增至200℃,CFRP筋的极限索力、最大索力增量及横向破断力均逐渐降低,但横向极限位移变化较小;处理温度相同时,随着初张比由0增至0.34,CFRP筋的最大索力增量、横向破断力及横向极限位移均逐渐减小,但破坏时的极限索力则逐渐增大。提出经历不同温升作用后CFRP筋横向极限位移、极限索力及横向极限荷载的计算公式,并以试验结果验证其适用性。     

Application of fire-resistant steel to beam-to-column moment connections at elevated temperatures

This paper presents a new method of using fire-resistant steel to improve the fire-resistance of beam-to-column moment connections in steel structures. Two full-scale beam-to-column moment connection specimens were tested at elevated temperatures according to the standard ISO-834 fire to verify the feasibility of the proposed method. In addition, a detailed 3-D finite element model was developed to simulate the structural behavior of the column-tree moment connection specimens in fire. The fire test results show that the proposed method can effectively extend the fire endurance time, reduce structural deformation, and raise the critical temperature to failure for the beam-to-column moment connections. The numerical results obtained from the 3-D finite element analyses for the two specimens successfully simulated the fire test results.     

Study on nominal values of mechanical properties of high strength steel at elevated temperature and after fire exposure

高强钢高温下和高温后的力学性能是进行高强钢结构抗火设计和火灾后评估的重要基础。我国GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》和欧洲规范EC3中针对普通低碳钢提出了高温下屈服强度和弹性模量计算公式，但其不适用于高强钢。国内外学者对高温下和高温后高强钢力学性能已开展了一系列试验研究，但由于钢材强度等级、试验设备、加热速率和加载制度等影响，导致试验结果离散性较大，不能应用于实际工程中。同时不同学者提出的力学性能指标计算式各不相同，均不具有普遍适用性。采用数理统计中t分布与置信区间的方法对高强钢高温下和高温后力学性能试验数据进行统计分析，得到不同温度下力学性能指标具有95%保证率的标准值，拟合出高强钢高温下和高温后力学性能指标的计算式，并与GB 51249—2017和欧洲规范EC3预测结果进行对比。结果表明：自然冷却和浸水冷却条件下，高强钢高温后屈服强度发生明显下降的转折点分别是600℃和 500℃；高温下高强钢的屈服强度折减系数低于普通结构钢；高强钢弹性模量折减系数在作用温度小于600℃时低于普通结构钢的，而在温度大于600℃时高于普通结构钢的。     

高强钢高温下和高温后力学性能指标的标准值研究

高强钢高温下和高温后的力学性能是进行高强钢结构抗火设计和火灾后评估的重要基础。我国GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》和欧洲规范EC3中针对普通低碳钢提出了高温下屈服强度和弹性模量计算公式,但其不适用于高强钢。国内外学者对高温下和高温后高强钢力学性能已开展了一系列试验研究,但由于钢材强度等级、试验设备、加热速率和加载制度等影响,导致试验结果离散性较大,不能应用于实际工程中。同时不同学者提出的力学性能指标计算式各不相同,均不具有普遍适用性。采用数理统计中t分布与置信区间的方法对高强钢高温下和高温后力学性能试验数据进行统计分析,得到不同温度下力学性能指标具有95%保证率的标准值,拟合出高强钢高温下和高温后力学性能指标的计算式,并与GB 51249—2017和欧洲规范EC3预测结果进行对比。结果表明：自然冷却和浸水冷却条件下,高强钢高温后屈服强度发生明显下降的转折点分别是600℃和 500℃;高温下高强钢的屈服强度折减系数低于普通结构钢;高强钢弹性模量折减系数在作用温度小于600℃时低于普通结构钢的,而在温度大于600℃时高于普通结构钢的。