低温对结构钢材主要力学性能影响的试验研究

钢材在低温条件下,其主要力学性能指标与常温条件下相比将发生变化．介绍了对常用结构钢材(Q235,16Mn,15MnV,16Mnq和14MnNbq)主要力学指标的低温试验研究成果,并分析了这些指标随温度变化的规律?试验结果表明．钢材的强度(屈服强度和极限强度）均随温度的降低而提高,塑性指标(伸长率和截面收缩率)随温度的降低而减小、该试验结果为进一步研究结构钢材在低温下的韧脆转变、断裂等行为提供了依据,有利于促进钢结构的推广应用。     

钢轨钢材低温力学性能的试验研究

研究目的:钢轨钢材在低温下力学性能变差,容易发生脆性破坏,这直接威胁着铁路运输的安全。随着青藏铁路等低温地区的铁路建设大规模的展开,了解钢轨钢材力学性能指标受温度的影响规律成为越来越迫切的课题,本文试验测得我国常用钢轨钢材在低温下的各项力学指标将给寒冷地区的铁路建设提供试验依据。研究方法:本文通过制造人工低温环境,在 20℃、0℃、-20℃、-40℃、-60℃五个温度点下对我国目前铁路工程中常用的60 kg/m的U71Mn和U75V两种钢轨钢材进行拉伸试验,得到这两种钢轨钢材低温下的强度和塑性指标,并根据已有研究成果对试验数据进行分析和拟和。研究结果:本文试验得到了U71Mn和U75V两种钢轨钢材抗拉强度、规定非比例延伸强度、断后伸长率和断面收缩率随温度的变化规律,计算了2种钢轨钢材的温度敏感系数,得到预测钢轨钢材低温下抗拉强度的公式。由2种钢轨钢材低温力学性能的比较,本文对低温地区铁路建设选用钢轨提出了建议。研究结论:随着温度的降低,钢轨钢材的抗拉强度和非比例延伸强度略有升高,但断后伸长率和断面收缩率下降,塑性变差。U71Mn钢材在-60℃时仍具有良好的塑性,而U75V钢材在低温下塑性明显变差,呈现出脆性破坏,所以在寒冷地区的铁路建设中宜优先选用U71Mn钢轨钢材。     

低温对钢材及其构件性能影响研究综述

在寒冷地区建设焊接钢桥,需要解决材料和焊缝防低温脆断的标准问题。通过调研大量国内外有关数据,定性分析了低温对钢材主要力学指标和对疲劳性能的影响。研究表明低温将使材料屈服强度和极限强度提高,屈服强度提高速度大于极限强度;低温将降低材料韧性。至于对疲劳性能影响趋势,取决于钢材所在结构细节。在低温环境下,焊接钢桥可以通过合理控制工艺和技术指标,达到安全使用的目的。     

沪通长江大桥Q500qE钢的适用性研究

为满足世界上跨度最大的公铁两用斜拉桥——沪通长江大桥的建造要求,从母材基本性能、工厂制造性能和设计参数3个方面研究Q500qE钢的拉伸、低温韧性和防断性能,切割、焊接和热矫形加工性能,以及结构安全储备、疲劳抗力和压杆稳定折减系数。结果表明:Q500qE钢在具有高屈服强度的同时还具有良好的塑性;16和32mm厚的Q500qE钢板在11~-50℃的环境温度下具有良好的防断能力,44和60 mm厚的Q500qE钢板在低于-40℃时低温防断性能有所降低;Q500qE钢的焰切和焊接工艺性良好,对接焊缝、熔透角焊缝、坡口角焊缝和T形角焊缝的表观和内部质量均能达到质量要求;Q500qE钢的焊接矫形温度不应超过750℃,而且在屈强比不大于0.86时具有与普通钢材相当的安全储备;Q500qE钢结构的疲劳设计可采用现有规范中的疲劳抗力设计指标。基于各国相关规范的研究思路和有限元计算结果给出了Q500qE钢压杆稳定折减系数的推荐值。     

高性能桥梁用钢系列新钢种的性能分析

对采用超低碳贝氏体钢工艺路线研制的4种新一代高性能桥梁用钢Q345qE (NH),Q420qE(NH),Q500qE (NH)和Q690qE (NH)的力学性能、耐腐蚀性能、屈强比控制和焊接性能进行测试和分析.结果表明:这4种高性能桥梁用钢的强度都达到了GB/T 714-2008《桥梁用结构钢》的相关要求,且具有良好的低温韧性和塑性;采用TMCP工艺生产的Q345qE (NH),Q420qE (NH)和Q500qE (NH)钢厚板的屈强比均低于0.85,具有理想的低屈强比;采用TMCP+回火工艺生产的Q690qE (NH)及Q500qE (NH)钢厚板的屈强比明显提高;Q345qE (NH),Q420qE (NH)和Q500qE (NH)钢的耐腐蚀指数分别为6.105,6.233和6.604,均大于6.0,可以裸露使用;32mm厚Q420qE (NH)钢厚板的韧脆转变温度在-120℃以下,远远低于国内环境温度,其屈强比对国内使用环境下高性能桥梁用钢的韧性没有影响;这4种高性能桥梁用钢具有非常良好的焊接性能,易于施焊,接头和热影响区性能完全满足设计要求.     

Q500qE高性能桥梁钢断裂韧性CTOD试验研究

针对不同厚度规格的Q500q E高性能桥梁钢母材和焊接接头,在不同温度条件下进行了断裂韧性CTOD试验,旨在系统研究Q500q E高性能桥梁钢母材及其焊接接头的断裂抗力随温度的变化规律。试验结果表明:随着温度的降低,32和44 mm板厚Q500q E母材的断裂韧性变化不大,但60 mm板厚Q500q E母材的断裂韧性在温度降至-40℃以下后,有较大幅度的降低;各种板厚的Q500q E焊缝的断裂韧性都比母材低;随着温度的下降,Q500q E焊缝的断裂韧性大幅降低,特别是44和60 mm板厚Q500q E焊缝。说明Q500q E焊缝的抗断性能,尤其是低温抗断性能比母材要差很多。评定结果表明:除60 mm板厚Q500q E母材-50℃时的CTOD值外,其它各种板厚Q500q E母材的CTOD值均在失效评定曲线FAD图的可接受区域内,其断裂韧性值是合格的;32,44,60 mm板厚的Q500q E焊缝,仅有常温及32 mm板厚在-20℃的断裂韧性是合格的,与母材相比,Q500q E焊缝的低温抗断性能较差。所以,对于Q500q E高性能桥梁钢需要进一步加强对焊缝性能的改善研究。     

铁路货车车体用TCS铁素体不锈钢焊接性能研究

铁素体不锈钢在国外已大量应用于铁路车辆。我国研制的TCS铁素体不锈钢母材力学性能良好。焊接接头的热影响区硬度没有明显下降,焊接接头整体的抗拉强度高于母材。经过焊接热循环,焊接热影响区存在0.5~0.7 mm的粗晶粒区,晶粒度只有1~3级。这一区域的低温韧性较低。     

高强度钢板焊接接头疲劳性能研究

为探索转向架构架轻量化之路,文章采用典型焊接接头疲劳试验方法,对WYS700、Q460ME、16MnDR三种不同强度等级的钢板进行了对接焊接接头疲劳性能测试,根据测试数据绘制了这三种钢板对接焊接接头的S-N曲线,并与IIW标准中规定的对接接头的疲劳极限进行了对比。结果表明:WYS700、Q460ME、16MnDR三种焊接接头在极限疲劳寿命(循环次数N=10⁷)下,疲劳极限分别为203.75 MPa、198.88 MPa、203.33 MPa,三者相差不大,WYS700、Q460ME的S-N曲线斜率相近,16MnDR的S-N曲线斜率比前两者小,曲线显得更加平缓,说明在现有的焊接工艺下,通过提升母材强度不能提升焊接接头疲劳强度;与IIW标准中规定的对接接头在N=10⁷下的疲劳极限41.5 MPa,N=2×10⁶下的疲劳极限71 MPa相比,三种材质的焊接接头试验值远大于该标准要求值。     

钢结构厚板对接焊缝低温冲击韧性试验研究

目前,国内建筑物在不断地超高层化以及超大型化,使得钢结构厚板的应用越来越广泛。厚度增大导致焊缝焊接热影响增大,同时焊缝的缺陷敏感性也相对更加显著,这些因素使得钢厚板焊缝韧性性能变差,特别是在低温环境中更加明显。因此,有必要研究钢厚板对接焊缝的低温冲击韧性。对150 mm厚钢板对接焊缝进行了低温下的冲击韧性试验研究,结果显示焊缝区和热影响区的冲击韧性均随温度降低而降低,而且热影响区的冲击韧性沿板厚度方向随表面到中心的位置变化而降低,这和母材的规律一致,但数值相对母材有所降低。同时,利用Boltzm ann函数对试验结果进行拟合分析,得到其韧脆转变温度及变化规律。试验结果表明:钢结构特厚板对接焊缝有较明显的低温脆性特征,要引起足够重视。     

钢纤维增强橡胶高强混凝土抗拉强度试验研究

按照普通混凝土力学性能试验方法和钢纤维混凝土试验方法的要求,比较了钢纤维橡胶高强混凝土在立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和拉压比等力学性能方面与高强混凝土和橡胶高强混凝土的差别,得出钢纤维的掺入能有效提高橡胶高强混凝土的抗拉强度和拉压比的结论,为其工程应用提供试验数据.     

滨北桥钢板及焊接接头质量标准研究

滨北线松花江公铁两用钢桁梁桥处严寒地区哈尔滨,设计最低温度为-43.1℃时,桥梁用结构钢Q370q E、Q420q E的各项力学性能指标在规范中没有规定,因此有必要开展钢板及焊接接头质量标准研究。根据断裂力学原理,以防断裂设计即结构材料所具有的断裂抗力Kc必须高于结构物所要求的最高断裂驱动力KI(KC≥KI)为理论依据,通过试验数据确定采用Q370q E、Q420q E高强度结构钢作为滨北桥的结构用钢,得出钢板焊缝的强度、韧性以及钢板的断裂抗力、焊缝冲击功等指标的设计限值及板厚与温度的变化关系,为确保滨北桥钢板及焊接接头技术指标的要求,提出焊缝的韧性与钢材强度的韧性相匹配原则。     

钢结构厚板母材及其焊接影响区的Z向冲击性能试验

为研究厚板及其焊缝在z向下的冲击性能,积累Z向冲击功的数据,为今后衡量评价z向性能提供实验依据,采用Q345B结构钢材,针对厚度60一165mm的板,在不同尺寸焊缝的十字形连接下沿轧制方向和板厚方向（z向）取样,在常温和低温下进行夏比y形缺1：2冲击试验。分析冲击功的变化规律,并用Bohzman函数进行拟合并分析韧脆转变温度。对试样断1：2进行电镜扫描分析。研究结果表明：z向取样,温度降低皆会对冲击韧性产生较大的影响,板厚及焊缝尺寸的增加也会对冲击韧性产生不利的影响,但相对较低。     

CTOD与BS7910结合的桥梁钢断裂韧度评定方法

针对应用裂纹尖端张开位移(CTOD)评判指标评定桥梁钢和焊接接头的断裂韧性时缺少依据的问题,提出将CTOD试样的单边疲劳预裂纹作为缺陷,运用BS7910《金属结构缺陷可接受性评定方法指南》的失效评定曲线对桥梁钢的CTOD值进行评定。具体方法是根据对应桥梁钢CTOD试验温度下的单轴拉伸应力—应变曲线,得到桥梁钢真应力—真应变曲线,然后按照BS7910的2B级评定方法得到桥梁钢的CTOD的失效评定曲线,最后根据桥梁钢的CTOD值在失效评定曲线图上所处的位置对其合格性进行评定。应用该方法对某大跨度斜拉桥用50,60和100mm厚的S420ML桥梁钢进行评定,结果表明,这3种厚度的S420ML桥梁钢的CTOD值均在失效评定曲线图中可接受区域内,它们的断裂韧度均为合格。     

严寒地区水泥乳化沥青砂浆的低温性能及疲劳性能试验研究

运用试验方法,进行严寒地区用水泥乳化沥青砂浆抗冻性、低温力学性能和低温抗裂性的低温性能及疲劳性能研究。结果表明,该种砂浆的抗冻性可达600次以上;随着温度的降低,砂浆的抗压强度、抗折强度逐渐增加,-40℃下砂浆的折压比在0.2以上;砂浆出现裂纹时钢球的压入深度均大于1.2 mm;模拟行车条件下砂浆的受力情况,进行10~40 Hz频率350万次疲劳试验,砂浆的累积变形量均小于0.07 mm。结合试验结果和严寒地区试验段的运营考察,考虑到严寒地区-40℃的极端温度条件和350 km.h-1的运营速度,提出严寒地区水泥乳化沥青砂浆的低温性能指标为-40℃砂浆出现裂纹时钢球的压入深度不小于1.0 mm,低温折压比不小于0.20;疲劳性能指标为12 Hz加载频率下经100万次疲劳试验的砂浆累积变形量不大于0.10 mm。     

环境温度对砂型铸造AlSi7Mg材料力学性能的影响

浇注了3组AlSi7Mg材料砂型试棒,利用拉伸测试、扫描电镜及金相组织分析等手段,研究了砂型铸造AlSi7Mg材料的力学性能。结果表明:当环境温度从-40℃升至100℃时,AlSi7Mg材料的抗拉强度、屈服强度均有所降低,其中抗拉强度和屈服强度分别降低了14.3%和9.8%;材料的伸长率随着温度的提高不断增加;低温变形过程中材料显微组织显示共晶硅颗粒细小,分布较为均匀,试棒断口显微形貌显示局部分布着小的韧窝,具有准解理+韧窝型断裂的特征。     

钢纤维混凝土在北方高寒地区桥梁施工中的应用

钢纤维混凝土是一种新型的复合建筑材料,其物理和力学性能优于普通混凝土,在桥梁工程方面具有很大的实用价值。C50钢纤维混凝土在北方高寒地区工程中的实际应用,充分发挥了钢纤维混凝土的优越性能,为钢纤维混凝土在类似地区的应用提供实践经验。     

低温下铁路钢轨断裂韧性分析

包括青藏铁路在内的北方大部分铁路钢轨在使用过程中常常经历比较低的温度环境,对于钢轨钢材的低温断裂性能有更严格的要求,有必要对钢轨钢材低温下断裂性能进行系统研究。通过对青藏铁路常用的钢轨钢材U71Mn和U75V三点弯曲试样断口的宏观形貌进行观察,并对所制备断口的微观形貌进行了电镜扫描分析,对这两类钢轨钢材在低温下的断裂特性进行了分析与讨论。最后,对这2种钢轨钢材断裂性能的研究方法以及化学成分的断裂性能的影响进行了进一步讨论,得出U71Mn较U75V更适合于在低温下作为钢轨钢材。     

Q500qE高性能钢工型梁极限承载力研究

为评估Q500qE高性能钢梁的塑性水平和安全储备,设计Q500qE高性能钢和Q345qD普通低合金钢全尺寸试验工型梁,通过模型试验和有限元分析方法进行极限承载力研究.结果表明:Q500qE高性能钢梁有较好的塑性,不会因为屈强比大而发生脆性破坏;Q500qE与Q345qD工型梁的荷载一位移曲线以及塑性发展过程类似,均没有出现明显的屈服平台;两者不同塑性发展阶段作用荷载与材料的名义屈服倚载的比值基本相等,说明Q500qE高性能钢梁有与Q345qD钢梁基本相同的安全储备.试验梁加载过程各关键作用荷载对应的挠度有限元计算结果与试验值基本一致,误差较小,表明本文有限元分析中选用的多线性随动强化模型模拟高性能钢的本构关系是合理的.     

圆钢管混凝土轴压短柱受力机理影响因素分析

根据钢管混凝土轴压短柱弹塑性全过程分析理论,在试验验证的基础上,对钢管混凝土轴压短柱受力机理进行数值仿真,分析了钢管混凝土加载过程中各内力随纵向应变的变化情况,探讨了含钢率、钢材屈服强度和混凝土强度对钢管混凝土力学性能的影响。研究结果表明:钢管混凝土在受荷过程中,核心混凝土由于受到钢管的约束其纵向应力有较大提高,延性得到显著提高,钢管为混凝土提供径向约束,但其纵向应力大幅度降低;在其他条件相同的情况下,含钢率和钢材屈服强度越高,则钢管混凝土轴压短柱套箍作用越强,承载力越高,延性越好;而混凝土强度越高,则试件套箍作用越弱,延性越差,但承载力越高。     

Q355GNHD高耐候钢的动态高应变率塑性本构模型

Q355GNHD高耐候钢是先进轨道车辆车身的常用材料,其动态条件下的塑性本构模型对车身结构受力数值仿真至关重要.文章采用MTS 647 Hydraulic Wedge Grip和AutoCAE(HRST-I)高速试验机对Q355GNHD高耐候钢开展准静态、动态拉伸力学性能试验,获取了该型材料在0.001～500 s-1...