开孔高强钢板材料力学性能的试验研究

以高强钢Q460、Q600为研究对象,对14块开孔高强钢板进行单向拉伸试验,并详细分析试件的破坏特征、应力-应变曲线及其应变能.研究结果表明:未开孔试件断口处发生了明显的颈缩现象;开孔试件易在开孔处出现应力集中而成为最先破坏的部位;Q600高强钢材的极限抗拉强度、耗能性能、延性均优于Q460高强钢材;增大试件厚度,可以...     

开孔Q460高强钢在大应变循环拉伸下的力学性能

对36个Q460高强钢试件进行单调拉伸与循环拉伸下的力学性能试验,探讨开孔数量、开孔位置和加载制度对Q460高强钢试件破坏特征、极限抗拉强度、应力循环特征和耗能能力的影响规律.结果表明:孔洞对Q460高强钢试件的力学性能具有显著影响;开孔试件在孔洞周围出现明显的应力集中现象;未开孔试件的应力-应变曲线更为饱满,且未开孔试件的耗能能力和断后伸长率远大于开孔试件;相较于沿试件长轴方向的孔洞,沿试件短轴方向的孔洞对试件力学性能的影响更为显著;对于相同开孔数量和开孔位置的试件,其耗能能力随加载应变幅值增量的增大而减小.     

循环荷载作用下锈蚀钢材滞回性能与本构模型

为研究循环荷载作用下锈蚀钢材的滞回性能,采用人工加速腐蚀及自然暴露腐蚀的方法获取了17组锈蚀试件,并对其开展单调拉伸及循环加载试验,分析了单调拉伸曲线、滞回曲线和骨架曲线等的差异性,得到了锈蚀钢材单调拉伸与滞回性能退化规律,基于混合强化模型提出了材料参数随腐蚀程度、等效塑性应变的退化表达式,进而建立了锈蚀钢材塑性本构模型。研究结果表明：单调拉伸作用下,锈蚀导致钢材屈服平台缩短、抗拉强度和断裂伸长率降低;锈蚀钢材单调曲线和滞回曲线存在显著差别,锈蚀加剧钢材循环强化,循环损伤累积则进一步加剧锈蚀钢材延性退化,造成峰值点应变、断裂应变和滞回耗能大幅降低,但对抗拉强度的影响较小。通过锈蚀钢材塑性本构模型应力 应变模拟曲线与试验曲线的对比,验证了所提模型的可靠性。     

循环荷载作用下结构钢材本构关系试验研究

为准确模拟结构的地震响应,寻找在循环荷载下钢材的本构关系,采用工程常用Q235B及Q345B钢材共50个试件,施加多种加载制度,分析其单调性能、滞回性能、宏观微观破坏形态、延性特征以及损伤退化特性,并采用Ramberg-Osgood模型对循环加载骨架曲线进行拟合,进而得到Q235B及Q345B钢材在循环荷载下的一维应力应变关系骨架曲线;在Chaboche钢材塑性本构模型的基础上,通过试验标定,确定了两种等级钢材本构模型的关键材料参数,并结合通用有限元程序ABAQUS对试验结果进行有效模拟,为今后准确计算结构在地震荷载下的反应提供重要依据.结果表明:钢材在循环荷载下的反应与在单调荷载下的本构关系有很大差别,循环荷载下的骨架曲线对于准确的数值模拟起到重要作用;循环的圈数以及幅值会严重影响构件的断裂延性,钢材在循环荷载下的破坏应变不能按照单调荷载来确定.     

考虑焊接影响的低屈服点钢LY100超低周疲劳破坏机理研究

为研究低屈服点钢材LY100在反复拉力作用下的力学性能,设计LY100钢与Q345钢或Q235钢焊接连接的材性试件,共进行4组18个材性试件的单调和反复受拉加载试验研究。获得6种不同加载制度下试件的荷载-位移曲线、应力-应变曲线、滞回性能、超低周疲劳破坏机理以及延性特征等。研究结果表明,焊接接头对试件的超低周疲劳性能有不利影响,焊接接头使LY100钢材力学性能的稳定性和延性变差;LY100钢与Q345钢或Q235钢焊接后,材性试件的强度提高但延性下降;反复拉力作用下,带有焊接接头的材性试件呈现强度硬化、延性下降的受力特征,而未带焊接接头的材性试件会产生强度下降、延性增强的现象。     

Q460高强钢单调与反复加载性能试验研究

通过对Q460高强钢进行单向拉伸与反复加载下材料性能试验，得到了各试件单调拉伸和反复加载下的应力-应变关系曲线，以及反复加载下的骨架曲线，并将试验结果与文献研究结果进行了对比。试验结果表明：单向拉伸材性试验中，11 mm厚Q460C高强钢板的平均断后伸长率为23.7%，屈强比为0.847； 21 mm厚钢板的平均断后伸长率为30.4%，屈强比为0.792；Q460钢的循环硬化程度比Q345钢明显减弱，主要原因是随着钢材强度的提高，钢材的屈强比增大，钢材的应变强化效应减小。根据钢材反复加载的滞回曲线，提出了Q460高强钢材的应力 应变滞回模型，用该模型计算得到的关系曲线与试验曲线对比，两者吻合较好。     

低屈服点钢LYP100单调与循环拉伸试验研究

对47个LYP100低屈服点钢焊接试件进行单向拉伸和反复拉伸加载试验,研究其在不同加载制度下的应力-应变曲线、荷载-位移曲线、骨架曲线、破坏机理和延性特征.结果表明:试件横截面厚度是影响其耗能能力的重要因素,12mm试件的耗能能力明显优于6mm试件;焊接接头对试件的破坏有不利影响,带焊接接头的试件在循环加载作用下疲劳损伤累积效应显著,容易发生脆性破坏,延性变差;LYP100低屈服点钢与Q345钢、Q460钢焊接后,试件的强度提高,循环荷载作用下强度硬化现象明显,但是其延性变差.     

腐蚀损伤Q690E钢板单调拉伸性能与滞回性能研究

为了研究腐蚀损伤对国产Q690E高强钢板单调拉伸性能和滞回性能的影响,通过人工加速盐雾腐蚀试验得到腐蚀损伤试件,并对不同腐蚀损伤程度的试件进行了单调拉伸试验和单轴循环加载试验。基于单调拉伸试验结果,得到名义屈服强度、名义抗拉强度、屈强比及断后伸长率等基本拉伸性能指标与腐蚀损伤程度之间的回归关系。基于单轴循环试验结果,分析了腐蚀损伤对钢板应力-应变滞回曲线、低周疲劳寿命、循环软化性能以及耗能性能等的影响。结果表明：Q690E钢板的单调拉伸性能指标随腐蚀损伤程度增加而线性降低,在相同腐蚀程度下变形性能退化程度远远高于强度退化程度,高强钢板比低碳钢板对腐蚀损伤更敏感;恒幅循环加载下腐蚀损伤会降低钢板的低周疲劳寿命,造成滞回曲线的退化和捏缩,腐蚀损伤不影响钢板稳定软化阶段的循环软化程度但是影响循环软化速率;增幅循环加载下,随着腐蚀程度增加,钢板承载力不断退化,滞回耗能能力呈先增大后减小的趋势。     

高强度钢材在±10%大应变下的循环加载试验

为实现高强度结构钢材拉压大应变循环加载试验,避免受压失稳,采用了标距与直径比为1.13的特小标距试件。有限元分析结果表明,在此标距范围内,钢材屈服后应力、应变仍是均匀的。标准尺寸试件与特小标距试件的单调拉伸试验结果对比表明,为去除大应变范围内试件面积变化影响而采用真实应力 真实应变表达钢材力学行为是必要和有效的。针对屈服强度达到510MPa的国产高强度结构钢材,采用了循环拉伸、等幅升幅、等幅降幅和等幅交替4种不同的循环加载制度,使最大循环应变幅达到了±10%。试验获得了大应变范围内钢材的应力-应变关系及滞回特性,结果显示,大应变范围内循环加载时钢材的应力强化将有显著趋缓现象,与常用的双折线模型有显著不同。     

高强度钢材在±10%大应变下的循环加载试验

为实现高强度结构钢材拉压大应变循环加载试验,避免受压失稳,采用了标距与直径比为1.13的特小标距试件。有限元分析结果表明,在此标距范围内,钢材屈服后应力、应变仍是均匀的。标准尺寸试件与特小标距试件的单调拉伸试验结果对比表明,为去除大应变范围内试件面积变化影响而采用真实应力-真实应变表达钢材力学行为是必要和有效的。针对屈服强度达到510MPa的国产高强度结构钢材,采用了循环拉伸、等幅升幅、等幅降幅和等幅交替4种不同的循环加载制度,使最大循环应变幅达到了±10%。试验获得了大应变范围内钢材的应力-应变关系及滞回特性,结果显示,大应变范围内循环加载时钢材的应力强化将有显著趋缓现象,与常用的双折线模型有显著不同。     

主管夹层灌混凝土的K型搭接节点滞回耗能分析

为了探究主管夹层灌混凝土加强措施对圆钢管K型搭接节点滞回性能的影响,对1个主管夹层灌混凝土的K型搭接节点试件和1个未加强K型搭接节点试件进行低周往复拟静力试验,得到了节点的滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性系数和能量耗散系数等抗震性能指标,试验结果表明:主管夹层灌混凝土,可有效提高节点的承载力、强度储备和耗能能力,但对节点的延性影响不大。利用ANSYS软件建立节点数值分析模型,模拟结果与试验结果吻合较好,并针对内套管钢材等级、主管钢材等级及混凝土等级开展有限元参数分析。分析结果表明:内套管钢材等级的增加不利于节点的滞回耗能,当采用Q235B时节点的滞回性能最好;当主管钢材等级为Q345B时,节点的各项性能均表现良好,滞回耗能能力最优;而混凝土等级对节点滞回性能影响较小,分析结果可为该类节点的优化设计提供一些参考。     

波纹钢板组合框架节点抗震性能试验研究

基于波纹钢-钢管混凝土组合柱与U形外包波纹钢-混凝土组合梁，以“强节点弱构件”的设计原则提出了一种施工便捷、传力明确的节点连接方式。对中节点试件进行了低周往复加载下的拟静力试验，分析了节点的破坏形态、滞回曲线、耗能能力、延性、梁端塑性铰区以及节点核心区关键部位钢材的应变变化，通过有限元软件对节点进行模拟，并与试验进行对比发现二者吻合较好。研究表明：试件最终破坏的位置为梁端理想塑性铰区，节点核心区域未发生明显破坏，实现了塑性铰的外移；试件滞回曲线饱满，等效黏滞阻尼系数为0.206,延性系数为3.67,说明试件具有较好的耗能能力以及延性。节点域钢材各位置应变分布均匀，传力效果良好，节点核心区未屈服，梁下翼缘塑性铰区应变达到屈服应变，节点工作性能良好，能有效传递弯矩以及剪力。     

Q345与Q460结构钢材单调和循环加载性能比较

因循环硬化、软化和包辛格效应等的影响,钢材在循环加载下的力学性能与单调加载下的力学性能会有很大差异。借助于对Q345和Q460两种强度等级钢材的单调和循环加载试验,分别从单调加载性能、循环加载现象、循环加载力学性能以及循环本构模拟等几个方面分析它们力学性能差异。分析结果表明,两种钢材单调加载下的延性都比较好,且Q460钢材的延性要优于Q345的。两种钢材循环加载时应力-应变曲线具有循环硬化、循环软化和包辛格效应等现象;循环作用使得两种钢材的硬化作用提前,Q345钢材的循环硬化现象更明显;Q460钢材循环荷载下的滞回耗能能力并不比Q345钢材差,同时循环荷载下钢材产生累积损伤。混合强化模型能较好地模拟两种钢材的循环拉压曲线,为进一步研究此类钢材结构抗震性能提供较为准确的本构模型。     

Q235一字形芯材防屈曲支撑抗震性能试验研究

采用国产Q235热轧钢材设计并制作防屈曲支撑,对3个钢材品种、3种截面、2种灌实材料的6个防屈曲支撑试件开展试验研究。通过低周反复荷载加载试验,研究防屈曲支撑的力-位移滞回曲线、骨架曲线及其刚度退化过程、等效黏滞阻尼比等抗震性能。结果表明:一字形芯材防屈曲支撑的构造合理,所有试件的滞回曲线稳定饱满;芯材特性和灌实材料强度对于该种防屈曲支撑的耗能性能均有较大影响。     

沙漠砂混凝土框架柱低周反复荷载抗震性能试验研究

基于沙漠砂混凝土柱与普通砂混凝土柱2个试件的低周反复加载试验,对其抗震性能进行了研究,并对比分析了2个试件的骨架曲线、滞回曲线、耗能能力、延性性能和刚度退化等抗震指标。试验结果表明:试件主要发生压弯破坏;随着循环次数和位移幅值的增加,构件的刚度、强度不断退化,耗能能力以及极限变形能力不断降低;与普通砂混凝土柱相比,沙漠砂混凝土柱滞回曲线较丰满,滞回耗能总量相对较大。研究结果为揭示沙漠砂混凝土柱的抗震机理提供试验支持。     

酸性大气环境下多龄期钢框架节点抗震性能试验研究

为研究酸性大气环境下钢材力学性能及钢框架节点抗震性能随锈蚀程度加剧的退化规律,分别对不同锈蚀程度的24个标准钢材材性试件、12个焊接梁柱节点试件进行了单向拉伸试验、低周往复加载试验。基于材性试验数据,建立了钢材屈服强度、抗拉强度、弹性模量和伸长率等基本力学性能指标与失重率之间的线性回归关系,分析了不同锈蚀率及加载制度对钢框架节点试件荷载-位移曲线、骨架曲线、刚度和承载力退化、变形能力、滞回耗能等的影响,获得锈蚀钢框架节点试件承载力、刚度以及耗能能力随锈蚀程度加剧的退化规律。研究结果表明：锈蚀对钢框架节点的破坏形态有着显著影响,随着锈蚀程度的增加,钢框架节点试件的耗能能力逐渐减小,加载后期的承载力急剧下降,而且脆性断裂现象表现得愈发明显;随着水平位移幅值及循环次数的增加,钢框架节点试件的塑性变形累积、刚度与承载力退化明显;在相同锈蚀程度下,试件在变幅加载下的耗能能力最大,混合加载下的次之,等幅加载下的最小。研究成果可为在役钢框架结构地震易损性研究提供试验支撑。     

有限应变条件下滞回模式对Q460高强度结构钢的适用性

对不同强度等级结构钢材进行了滞回性能试验研究，设置了等幅升幅、等幅交替和拉伸循环等不同加载路径以研究钢材在地震随机作用下的行为特性。考察了钢板板厚、屈服强度以及加载路径等参数对钢材滞回性能的影响，结果表明，在有限应变条件下，同种牌号不同板厚钢材的滞回性能差异很小，实际屈服强度接近的不同牌号钢材的滞回性能十分接近，不同加载路径下的滞回环有差异但幅度不大，结构钢材具有非完全Masing特性。在此基础上，给出了利用钢材循环加载骨架曲线确定不同应变幅值范围内Ramberg-Osgood方程相关参数的方法，进而建立了滞回环参数随应变幅变化的结构钢材滞回模型，此模型能反映屈服强度以及加载路径等的影响。与Q460钢材滞回试验进行比较，验证了该滞回模型的适用性。     

LY315钢材带悬臂梁段拼接梁柱节点抗震性能试验研究

带悬臂梁段拼接梁柱节点是我国GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》推荐的节点设计形式之一,为研究LY315钢材带悬臂梁段拼接梁柱节点的抗震性能,开展了高强度螺栓抗滑移系数试验及梁柱节点循环加载试验,试验获得了该类型节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线及延性系数等,探讨了悬臂梁段长度对该类型节点抗震性能的影响。试验研究结果表明：对于LY315钢材,采用钢丝刷清除浮锈的表面处理方式所得螺栓抗滑移系数为0.29;以此钢材制作的带悬臂梁段拼接梁柱节点试件滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;3个试件在加载终止时转角均超过0.04rad且试件的延性系数均大于4,表明该类型节点具有良好的变形性能及延性;随着悬臂梁段长度的增加,试件的累积耗能能力有所降低,这是螺栓的滑移耗能造成的;随着悬臂梁段长度的增加,节点的承载力则略有提高,而悬臂梁段长度的变化对试件的延性及刚度退化影响不大。     

Q690GJ高强度钢材单调和循环加载试验研究

钢材在循环荷载下将出现包辛格效应、循环硬化及循环软化现象,这使得钢材在循环和单调荷载下的本构关系有所区别。通过对国产Q690GJ高强度结构钢材进行单调和循环加载试验研究,并从单调和循环加载性能、循环加载现象等方面分析其力学性能差异。结果表明,Q690GJ钢材在循环荷载下的滞回性能良好,由于循环硬化作用使得钢材强度提高的幅度很小,循环软化较早出现,同时试件在循环荷载下由于塑性损伤累积,与单调加载相比延性变差。基于Ramberg-Osgood模型,可以较好地拟合Q690GJ高强度钢材在循环荷载下的应力-应变骨架曲线。     

防屈曲支撑滞回性能试验研究

针对我国钢材市场,选用Q235热轧角钢设计并制作了两种截面、两种组合方式的4个防屈曲支撑试件。为检验组合热轧角钢防屈曲支撑的构造和滞回性能,进行了低周反复加载静力试验,研究了包括荷载-位移滞回曲线、割线刚度及其退化规律、等效粘滞阻尼比等在内的抗震性能。结果表明:试件荷载-位移滞回曲线稳定、饱满、对称;钢材品种、截面形式对刚度退化规律及等效阻尼比的变化规律没有影响;国产组合热轧角钢防屈曲支撑构造合理,具有良好的耗能性能和抗低周疲劳性能,是一种新型的耗能支撑。