低温钢的机理及研发进展和展望

钢材低温脆断是钢结构工程面临的一大挑战,严重威胁低温环境下的结构安全.低温钢因其低温韧性较好,韧-脆转变温度较低,被广泛应用于各种液态气体储罐、管道及低温环境中的设备等.为全面了解低温钢的性能特点、冷脆机理和发展现状,介绍了低温钢的概念和国内外规范中相关规定,总结了低温韧-脆转变的经典理论,包括经典力学理论、晶格位错理...     

高强钢焊接箱形轴压构件整体稳定设计方法研究

与普通强度钢材轴压构件相比,高强钢轴压构件的整体稳定承载力受构件初始缺陷,特别是受截面残余应力的影响显著降低,其整体稳定系数明显提高。国内外现行的钢结构设计规范制定的柱子曲线均是基于普通强度钢材构件的研究,现有针对高强钢轴压构件整体稳定性能的少量研究仅针对特定强度等级钢材提出了设计建议或方法。为研究不同等级高强钢轴压构件的整体稳定设计方法,全面总结了国内外现有高强钢焊接箱形截面轴压构件的试验研究,并采用三维有限元模型模拟了试件的整体稳定性能,分析过程考虑了几何初始缺陷、残余应力以及几何和材料非线性的影响。利用验证后的数值模型进行了大量参数分析,算例包括8种钢材强度等级、6种截面尺寸以及长细比不同的构件。结果表明,高强钢焊接箱形轴压构件的整体稳定性能随强度等级提高而提高。根据数值计算结果与我国钢结构规范设计曲线的对比分析,建议强度等级为Q460、Q500、Q550、Q620、Q690、Q800钢材焊接箱形轴压构件(板厚小于40mm)按b类曲线进行设计,Q890和Q960的钢材焊接箱形轴压构件(板厚小于40mm)按a类曲线进行设计。此外,还提出了更新的柱子曲线公式。     

Q460高强钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定性能研究

为研究高强度钢材轴心受压钢柱的整体稳定性能,对5个国产Q460钢材焊接箱形截面柱进行了轴心受压试验研究。试验对试件的几何初弯曲、荷载初偏心以及截面的纵向残余应力分布均进行了测量。基于试验结果,分析了该类钢柱的失稳破坏形态和整体稳定承载力,建立了有限元分析模型并对试验结果进行模拟计算。研究结果表明：试件破坏模态均为整体弯曲失稳形态,大部分试件稳定承载力高于规范设计值;有限元分析模型能够准确地考虑几何初始缺陷和残余应力的影响,计算结果与试验结果吻合良好;通过与国内外钢结构设计规范的对比,提出了国产Q460高强钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定设计的建议方法,即可以统一采用我国或欧洲规范的b类曲线进行设计,而不需要按板件宽厚比大小进行分类。     

基于应变能的不锈钢复合钢材低周疲劳性能研究

为了研究不锈钢复合钢的低周疲劳性能，在已有试验的基础上，从应变能的角度对不锈钢复合钢(复层钢材为S31603、基层钢材为Q355B)和基层低合金钢Q355B的疲劳性能进行分析，基于应变能引出标准滞回环的概念，分析循环应变能和材料的Masing特性，并提出一种基于能量的疲劳寿命预测模型。研究结果表明：应变幅是影响不锈钢复合钢和基层低合金钢应变能和低周疲劳寿命的主要因素；两种材料的循环硬化特征主要发生在前几次循环内，而后呈现循环软化特征；在整个加载过程中，两种钢材表现出循环稳定性，且稳态过程占据大部分循环周期；提出的基于应变能的低周疲劳寿命预测模型可以有效拟合不锈钢复合钢和基层低合金钢的低周疲劳寿命曲线，其可以作为应变-疲劳寿命预测的替代方案。     

高强铝合金角形短柱轴压局部屈曲行为研究

为研究高强铝合金角形轴压短柱的局部屈曲行为，对9个由701-T6和703-T6两种高强铝合金材料制作的角形短柱试件开展了轴压试验，试验结果表明：试件的局部屈曲均发生在材料屈服之前，呈一阶特征值屈曲模态。对所有试件进行了有限元建模计算，将有限元模拟结果与试验结果进行了对比验证，并采用验证后的模型进行了参数分析，研究了板件宽厚比对局部稳定性能的影响，板件宽厚比越大，局部屈曲发生越早。将试验与有限元模拟结果与我国现行标准的计算结果进行了对比，发现现行标准中的局部稳定设计公式计算得到的承载力偏低，用于工程设计中尽管能保证安全性，但无法发挥高强铝合金本身的性能优势。因此，在现行标准设计公式的基础上进行了修正，修正后的设计方法能更准确地计算构件承载力，在保证可靠性的前提下更充分地利用材料强度。     

轻型围护门式刚架普通钢结构厂房的优化设计分析

随着轻型围护材料的广泛应用和一些钢结构厂房工程的实践,在普通钢结构厂房中,用实腹式门式刚架代替传统采用的格构式刚架结构成为可能,但现有设计方法只是单纯采用普钢规范和凭借工程经验。为优化这种设计方法,控制用钢量并保证设计的可靠性,通过对我国现行钢结构相关规范、规程的对比分析,结合工程经验,提出了轻型围护门式刚架普通钢结构厂房的优化设计方法。最后用实际工程案例验证了该方法的可行性和优势,为今后同类型的厂房设计提供了一定的设计依据。     

新型单边拧紧高强度螺栓摩擦型连接扭矩系数及抗剪性能试验研究

为促进钢结构装配式建筑和可拆卸钢结构的连接技术发展,该文介绍了一种基于传统高强度螺栓的新型单边连接方式,并设计了5个摩擦型连接接头试件。通过开展抗剪试验,研究了其扭矩系数、抗滑移系数、抗剪承载力、抗剪机理等,并与《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)的相关设计方法进行了对比分析。采用有限元软件ABAQUS建立了高强度螺栓连接接头试件的有限元模型,验证了有限元模型的准确性和适用性,并对该新型螺栓连接接头进行了参数分析。结果表明,该文提出的新型单边拧紧高强度螺栓摩擦型连接方式安装简单、易于施工和拆卸,抗剪连接破坏前螺栓预拉力损失值在15%~20%,其抗滑移系数、抗剪承载力仍可按照现行标准进行设计计算。研究成果能够为此类新型单边连接技术的工程应用提供基础。     

国产Q460高强度钢材焊接工字形截面残余应力试验及分布模型研究

焊接残余应力是影响钢结构受压构件整体稳定性能的一种重要初始缺陷. 为研究国产Q460高强度钢材焊接工字形截面的残余应力分布, 该文采用分割法对8个不同截面尺寸和焊缝类型的截面试件进行了测量. 基于近2000组测量数据, 得到了不同试件全截面的残余应力分布和拉、压应力大小, 并研究了腹板和翼缘的板件宽厚比、板件厚度、焊缝类型以及腹板和翼缘的相关性等因素对残余应力的影响. 试验结果表明, 残余压应力的数值大小与截面尺寸直接相关而基本不受焊缝类型的影响, 残余拉应力的大小则与截面尺寸没有相关性;由于翼缘和腹板内的残余应力能够分别满足自平衡条件, 二者没有相互间的影响作用. 最后, 该文提出了能够准确描述试验结果和截面尺寸影响的国产Q460高强钢焊接工字形截面的残余应力分布模型和计算公式.     

高强钢焊接构件工字形横截面残余应力试验及统一分布模型研究

为研究不同强度等级高强钢焊接工字形截面残余应力的变化规律,采用分割法对960MPa钢材试件进行测量,得到了残余应力分布。将试验结果与大量其他强度等级(包括235MPa、345MPa、460MPa以及690MPa)钢材焊接工字形截面的残余应力进行对比分析,研究了残余拉应力和残余压应力随钢材强度的变化规律。研究结果表明,焊缝和翼缘焰切边附近残余拉应力与截面几何尺寸无明显相关性,且呈现随钢材强度增大而增大的变化规律,并始终低于钢材强度;翼缘和腹板的残余压应力与钢材强度无明显关系,但随板件宽厚比及板厚的增大而明显减小。基于这一规律及大量试验数据,提出了不同强度等级钢材焊接工字形截面残余拉应力和压应力的计算方法,确定了分布范围,制定了统一分布模型,为不同强度等级高强钢结构的研究提供了基础条件。     

纵向变厚度钢板焊接工字形截面受压短柱的局部稳定试验研究

纵向变厚度(LP)钢板是一种沿轧制方向具有不同厚度钢板的钢材,可用于优化结构的力学性能和提高材料利用率。为研究其局部稳定性能,设计了6根LP翼缘焊接工字形截面短柱,6根LP腹板焊接工字形截面短柱和4根传统等厚度焊接工字形截面短柱,并进行了轴向受压试验。试验研究中确定板临界屈曲荷载的两个主要屈曲准则,同时分析了破坏模式、荷载-侧向变形曲线、荷载-应变曲线和极限荷载,研究LP短柱的局部屈曲行为,得到试件更容易在LP钢板的薄端发生屈曲破坏。将试验结果与现有等厚度板设计规范计算结果进行比较可得,现有等厚度板的设计规范预测腹板变厚度短柱的极限荷载偏于危险,而对于翼缘变厚度短柱欧规EN 1993-1-5能较为准确预测,但需要进一步的数值模拟去验证,从而进一步提出修正公式或者修正系数来指导设计。