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高温后 Q355 钢材往复加载试验研究

2019/10/19 15:45:45      点击:

1 概述

       云南11选5在线直播火灾是工程结构面临的主要灾害之一[1]。受火灾损伤的工程结构需要进行合理的处置,而火灾后钢材的力学性能是灾后结构加固和修复的重要依据。经历火灾后,钢材的力学性能会发生一定的变化。以往部分学者对火灾后的钢材力学性能进行了研究,得到了冷却方式等对火灾后钢材弹性模量、屈服强度等的影响规律[2-8]。但上述研究大部分集中在钢材的静力性能方面,对火灾后钢材的滞回性能研究尚较少见。明晰钢材的火灾后滞回性能是地震区受火结构安全评估的关键。本文对工程中常用的 Q355 钢材进行了高温后往复加载试验,研究其滞回性能变化规律,为火灾后结构的损伤评估提供合理的依据。

2 试验内容和方法

2.1 试件设计

       云南11选5在线直播试验中共设计往复加载试件 42 个。 试件取样自同一块 15mm 厚的 Q355 钢板。 试验参数包括加载方式、试件经历的最高温度和冷却方式。试件设计依据为 GB/T 26077-2010《金属材料-疲劳试验-轴向应变控制方法》 [9],试件设计图如图 1 所示;试件经历的最高温度范围为 100℃ ~1000℃,间隔 100℃;试件冷却方式分为浸水冷却和自然冷却。试件的编号方式为“牌号—目标温度—冷却方式—试验方式”,详见表 1。

2.2 试验装置

       云南11选5在线直播本试验主要分为两个部分,第一部分是对试件进行热处理,第二部分是对热处理后的试件进行往复加载试验。试件热处理装置采用陶瓷纤维电炉,电炉最高升温温度为 1200℃;往复加载试验装置采用Instron8801 液压伺服疲劳试验机。往复加载试验装置如图 2 所示。


2.3 试验方法

       在热处理试验中, 将试件置于电炉中进行加热, 待试件表面温度到达试件设计中其经历的最高温度后,保温 30 分钟。升温完成后,对于自然冷却的试件,将试件从炉中取出后置于空气中自然冷却至室温;对于浸水冷却的试件,将试件从炉中取出后置于足量常温水体中进行冷却。试件的升温和冷却过程如图 3(a)

所示。随后对冷却至常温的试件进行往复加载试验,试验采用应变控制加载的方式[9],加载制度见图 3(b)。

3 试验结果及分析

       云南11选5在线直播往复加载试验中,应变通过固定在试件中部表面的应变片采集,名义应力通过试验荷载除以试件初始横截面积得到,图 4 为处理后得到的典型往复加载应力-应变曲线。

       云南11选5在线直播由图可见,当试件经历的最高温度在 600℃左右时,自然冷却试件的滞回性能与常温试件基本相同,浸水冷却试件的强度略有提高。当试件经历的最高温度为 800℃时,自然冷却试件的强度明显下降,而浸水冷却试件强度明显提高。

       云南11选5在线直播往复加载试验应力-应变曲线中单个滞回环的面积代表该次循环所消耗的弹塑性应变能密度[10]。一般来说,在某一应变水平下试件的弹塑性应变能密度越大,表示该试件的耗能能力越强。表 2 为两种冷却方式下试件稳定循环状态弹塑性应变能的比较,表中, ∆ߝ为应变水平, ܹ为弹塑性应变能密度试验值。从表中数值可以看出,当经历的最高温度为 600℃时,材料的耗能能力基本不变;当经历的最高温度为 800℃时,自然冷却试件耗能能力降低,当应变水平为 6.0%时下降达 18%,而浸水冷却试件耗能能力提高,当应变水平为 6.0%时提高了 41%。


4 结论

       本文对 Q355 钢材进行了高温后滞回性能变化规律的试验研究,在研究参数范围内主要结论如下:

(1) 当经历的最高温度在 600℃以内时,冷却方式对钢材高温后的滞回性能影响较小,其中自然冷却试件的强度和耗能能力与常温试件基本相同,浸水冷却试件的强度和耗能能力与常温试件相比略有提高;

(2) 当经历的最高温度为 800℃时,冷却方式对钢材高温后的滞回性能有较大影响,对于自然冷却的试件,其强度和耗能能力明显下降,在应变水平 6.0%时耗能能力下降 18%。对于浸水冷却的试件,其强度和耗能能力明显提高,在应变水平为 6.0%时耗能能力提高 41%。

参考文献:

[1] 应急管理部消防救援局 2016 年全国火灾情况分析[EB/OL].[2018-06-22]. http://www.119.gov.cn/xiaofang/ nbnj/34601.htm.

[2] 王肖骏, 吕文博, 叶啸天, 等. Q345 冷成型钢高温后力学性能研究[J]. 江苏建筑, 2018(05):105-110.

[3] 丁发兴, 余志武, 温海林. 高温后 Q235 钢材力学性能试验研究[J]. 建筑材料学报, 2006(02):245-249.

[4] 张有桔, 朱跃, 赵升, 等. 高温后不同冷却条件下钢材力学性能试验研究[J]. 结构工程师, 2009,25(05):104-109.

云南11选5在线直播 [5] 陈建锋, 曹平周. 高温后结构钢力学性能试验[J]. 解放军理工大学学报(自然科学版), 2010,11(03):328-333.

云南11选5在线直播 [6] Tao Z, Wang X, UY B. Stress-Strain Curves of Structural and Reinforcing Steels after Exposure to Elevated Temperatures[J]. Journal of Materials in Civil Engineering, 2013, 25(09):1306-1316.

[7] WANG W, LIU T, LIU J. Experimental study on post-fire mechanical properties of high strength Q460 steel [J]. Journal ofConstructional Steel Research, 2015, 114:100-109.

[8] LI G, Lyu H, ZHANG C. Post-fire mechanical properties of high strength Q690 structural steel [J]. Journal of ConstructionalSteel Research, 2017, 132:108-116.

云南11选5在线直播 [9] 中国国家标准化管理委员会. GB/T 26077-2010, 金属材料-疲劳试验-轴向应变控制方法[S]. 2011.

[10] 张利民, 谢华. 低周疲劳中塑性应变能的计算及应用[J]. 兵器材料科学与工程, 1991(09):37-40.



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