南京仙新路长江大桥主桥结构设计

南京仙新路长江大桥主桥为跨径1760 m的单跨钢箱梁悬索桥,主缆垂跨比1/9,边跨跨径580 m,边中跨比0.33。该桥上、下游各设1根主缆,单根主缆由169股127∅5.4 mm镀锌铝高强钢丝索股组成,采用PPWS法施工,钢丝标准抗拉强度2100 MPa。吊索与索夹采用销接式结构,跨中设置柔性中央扣索,短吊索设置关节轴承。主索鞍采用宽鞍槽单纵肋铸焊结合构造,散索鞍采用底座式全铸结构。加劲梁采用扁平流线型封闭整体钢箱梁,总宽31.5 m,梁高4 m,顶板与U肋之间采用双面埋弧全熔透焊接。桥塔采用门形混凝土结构,总高277.3 m,其上横梁为预应力混凝土结构,外包N字造型钢结构;桥塔基础采用直径2.8 m钻孔灌注桩。南锚碇采用外径65 m圆形地下连续墙基础;北锚碇采用沉井基础,平面尺寸70 m×50 m,高50 m。对结构进行静力分析及抗风性能理论和试验研究,结果表明:结构强度、刚度均满足规范要求;在加劲梁上设置0.67 m高中央稳定板、两侧风嘴处设置1 m宽水平稳定板后,大桥的颤振、涡振等抗风性能均满足要求,且具备一定的阻尼储备。

点蚀效应下超强钢丝疲劳损伤演化及寿命预测

主缆作为悬索桥不可更换的关键承重构件,其钢丝的疲劳寿命将直接影响桥梁的安全性和耐久性。由于主缆通常暴露于侵蚀环境中,往往会产生不同形式的腐蚀效应,其中点蚀是一种破坏力强且十分典型的腐蚀损伤,通常会成为疲劳裂纹萌生的初始点,从而显著降低构件的疲劳寿命。为研究点蚀效应对超高强钢丝疲劳性能的影响,采用能反映腐蚀电化学机理的元胞自动机模型模拟点蚀复杂形成过程,并基于盐雾试验标定演化参数,获得超高强钢丝的表面点蚀坑模型;在ABAQUS中开发基于连续损伤力学的UMAT子程序,实现腐蚀钢丝的疲劳损伤演化与寿命预测,揭示腐蚀程度、蚀坑形状参数对超高强钢丝的损伤演化规律和疲劳寿命的影响。结果表明:采用元胞自动机方法能够准确模拟钢丝点蚀过程,生成的模型可以很好地展现真实的蚀坑形态和特征;在蚀坑处最早出现损伤,前中期损伤速率较慢,后期发展迅速;随着疲劳荷载的加载,蚀坑处会发生应力重分布现象,蚀坑底部的应力逐渐降低,周边应力反而增加;在元胞自动机中以质量损失率表征钢丝腐蚀程度,当钢丝的质量损失率从0.1%增加到0.25%时,其疲劳寿命减少约36.8%;点蚀坑的深宽比越大,形状越尖锐,钢丝越容易发生疲劳破坏。研究结果可为腐蚀环境下超高强钢丝的疲劳寿命评估和提高桥梁的耐久性提供参考。

2060 MPa级高强钢丝高温力学性能及破断模式

采用非接触式光学应变测试系统,跟踪测试了2060 MPa级高强钢丝试件在20~900℃下的全过程应力-应变曲线,建立了高温钢丝各力学性能指标的高温函数模型,得到其高温破断参数.结果表明:高温下高强钢丝试件的各力学性能指标均有不同程度折损.当温度低于200℃时,试件的力学性能指标折损率不超过10%,破断模式为脆性破坏;当温度超过200℃后,试件的各力学性能指标折损率显著增大,破断模式逐渐由脆性破坏转变为塑性破坏.

含裂纹高强钢丝的腐蚀损伤与拉伸性能研究

为了研究桥梁含裂纹拉索钢丝的腐蚀损伤机理和受拉力学特性,以含预置裂纹的腐蚀高强钢丝为研究对象,采用电弧线切割方法、中性盐雾腐蚀试验、拉伸试验、电镜试验和有限元分析,开展相关内容研究。提出了考虑中性盐雾腐蚀影响的含裂纹高强钢丝拉伸受力性能的评价方法。结果表明:刻痕的应力集中系数远大于正常腐蚀蚀坑的系数,钢丝力学性能的变化是由于初始裂纹进一步腐蚀而引起,特别在腐蚀初期,钢丝处于非常不利的阶段,其受拉性能较低。建立的初始裂纹钢丝有限元模型,能较好地描述中性盐雾腐蚀试验和静力拉伸试验得出的质量损失率、截面面积损失率及极限强度的关系。

1000 MPa级高强钢国产自研实心焊丝焊接工艺研究

针对国产自研的1 000 MPa级高强钢实心焊丝的熔化极气体保护焊工艺进行了系统性试验与分析。深入探讨了焊接电流和预热温度对接头微观组织、硬度分布以及力学性能的影响。研究发现,焊缝金属组织主要由马氏体构成,且随着焊接电流和预热温度的增加,贝氏体的含量相应增加;热影响区(HAZ)呈现出明显的硬化和软化趋势,细分为粗晶区、细晶区和不完全重结晶区;硬度在细晶区达到最高值,临界热影响区最低;在相同的预热温度下,随着焊接电流的增加,焊接接头的抗拉强度和冲击韧性呈现先增加后减少的趋势;而在相同的焊接电流下,抗拉强度和冲击韧性随预热温度变化的规律性不明显。当焊接电流为260 A,预热温度为100℃时,接头的力学性能最优,其抗拉强度高达1 088 MPa,-40℃时的冲击韧性达到47.8 J。

回火对E101T1-K3C熔敷金属显微组织和力学性能的影响

采用E101T1-K3C低合金高强钢药芯焊丝对EH620钢进行焊接。焊接接头分别在460℃、580℃进行保温1 h回火热处理,应用金相显微镜、材料试验机、冲击试验机、扫描电子显微镜等对试样进行分析与测量。结果表明:焊态下熔敷金属显微组织为条状铁素体+少量贝氏体+第二相颗粒,熔合区显微组织为片状铁素体+马氏体+第二相颗粒。焊接接头经过460℃×1 h焊后回火处理后,焊缝区的显微组织为铁素体+少量贝氏体+第二相颗粒,熔合区组织为铁素体+回火屈氏体+第二相颗粒。焊接接头经过580℃×1 h回火处理后,焊缝及熔合区显微组织均为铁素体+回火索氏体+第二相颗粒;熔敷金属屈服强度由725 MPa下降589 MPa,-40℃冲击吸收能量KV2由71 J提高到114 J;维氏硬度值在焊接接头焊缝及热影响区的分布趋向一致,焊接接头具有理想的力学性能。

热传导模式对电弧增材制造800 MPa级船用高强钢组织与性能的影响

为了研究热传导模式对800 MPa级船用高强钢增材构件组织与性能的影响,采用电弧增材制造技术在不同工艺下沉积了800 MPa级船用高强钢构件,并对其进行微观组织表征和力学性能测试.沿高度方向沉积时,构件底部主要为针状铁素体和马氏体组织,中部和顶部为块状和针状铁素体+粒状贝氏体组织,水平和竖直方向的屈服强度分别为708 MPa和652MPa,抗拉强度分别为895 MPa和831 MPa,-60℃冲击吸收能量分别为66 J和86 J;沿横向沉积时,构件的显微组织为细小的针状铁素体和板条状马氏体,屈服强度和抗拉强度分别达到929 MPa和1 020 MPa,-60℃冲击吸收能量为92 J,结果表明,800 MPa级船用高强钢增材构件的力学性能对热传导模式的敏感性较高,优化热传导模式可以明显提升其综合力学性能.

多蚀坑耦合作用对拱桥吊杆高强钢丝受拉性能的影响

为研究多蚀坑的耦合作用,以芙蓉镇大桥为工程背景,采用ABAQUS建立了带有轴向分布、环向分布和交叉分布蚀坑的高强钢丝数值计算模型,得到并对比了受拉时蚀坑处应力集中系数的变化。结果表明:轴向分布和交叉分布双蚀坑的应力集中系数最大仅为单蚀坑的1.05倍,可以按单蚀坑处理;环向分布双蚀坑的应力集中系数随着环向角度的增大,先增大后减小,在20°~50°之间,应力集中系数最大为单蚀坑的2.45倍,所以会产生很大的应力集中,在工程中需要引起重视。

高强焊丝钢N2M2T连铸坯表面缺陷分析及工艺改进

针对某钢厂在冶炼N2M2T高强焊丝钢时,连铸坯表面出现的凹陷、角部深振痕裂纹及渣坑等表面缺陷,结合理论分析及现场实际生产情况,从保护渣理化性能、结晶器振动参数、一冷配水及钢中N含量等对铸坯表面产生的缺陷进行分析。结果表明,连铸坯产生的表面缺陷主要与保护渣理化指标、结晶器振动参数、钢中N含量有关,而与一冷配水关系不大。生产实践表明,通过将保护渣碱度从0.6提高到1.19,w[C]从13.51%降低到8.21%,粘度从0.666 Pa.s降低到0.156 Pa.s,结晶器振动参数偏斜率由0.15提高至0.20,振频公式由60+50 V调整为90+60V,钢中N含量控制在<50×10^(-6),连铸工序△N<7×10^(-6)等措施,N2M2T高强焊丝钢连铸坯的表面缺陷得到明显改善,铸坯合格率从85%提高到95%以上,为后续轧钢的稳定轧制提供了保证。

实-药芯多丝电弧复合焊中药芯焊丝位置对焊接稳定性的影响

为了实现高强钢的优质高效焊接,提出了一种全新的Q960E高强钢的高效焊接工艺,即实-药芯多丝电弧复合焊工艺,该工艺通过一把集成式三丝焊枪实现两根实心焊丝复合一根药芯焊丝,既可以利用药芯焊丝实现焊接接头力学性能的优化,又可以利用3根焊丝实现高效焊接。其中药芯焊丝可以从两实心焊丝的正前方、正后方及侧面送入,通过对比分析焊接过程、焊道成形得出最佳药芯焊丝作用位置,并对最佳药芯焊丝作用位置下焊接接头的组织和显微硬度展开分析。结果表明:当药芯焊丝从正后方或侧面送入时,其中一根实心焊丝易与熔池接触发生短路过渡,前者会导致焊道宽窄不一,后者会导致焊道明显偏向药芯焊丝送入一侧。当药芯焊丝从正前方送入时,药芯焊丝呈一脉多滴过渡,且两实心焊丝均为一脉一滴过渡,此时焊接过程稳定,焊后焊道成形较好,焊道横截面形貌呈“双峰”状,是最佳的药芯焊丝送入位置。此外,当药芯焊丝从正前方送入时,焊缝区组织主要为细小的针状铁素体,粗晶区组织主要为粗大的板条马氏体和少量粒状贝氏体,细晶区组织主要为细小的马氏体,不完全淬火区组织主要为回火马氏体。此外,热影响区同时出现了软化和硬化现象,近不完全淬火区的母材硬度最低,仅为296 HV,完全淬火区硬度最高,达到396 HV,母材和焊缝区的硬度在320~340 HV之间。

国产高强级焊接材料在船舶领域的研究与应用

为了保证疫情期间的生产率及生产质量,首次将国产品牌京群药芯焊丝引入到船舶领域。以Q690ME钢为母材,京群GFR-110K3药芯焊丝为焊接材料,采用药芯焊丝气体保护焊方法对厚板母材进行了X形坡口焊接工艺试验研究,以各项力学性能,如拉伸试验、弯曲试验、冲击试验、宏观试验及硬度试验结果为依据,不仅对后续现场施工提供了较强的技术支持,更证明了该种国产焊丝在690级钢材上的可焊接性与可推广性。

高强钢焊接接头优化方法研究现状

高强钢以出色的力学性能在焊接结构的应用量急剧增加,其焊接接头性能已逐步成为研究焦点。为了解决高强钢焊接易出现冷裂纹、热影响区软化脆化、低温冲击韧度不高等问题,获得高强钢焊接接头优良强韧匹配。在使用熔化极气体保护焊接工艺的基础上采用不同的高强钢焊接接头优化方法,对严格控制热输入、焊前预热并控制热输入和研发并采用药芯焊丝这3种焊接接头优化方法进行分析总结,对3种优化方法下的焊接接头微观组织及力学性能进行分析,发现通过这3种接头优化方法可避免焊接接头产生裂纹、获得良好的韧性组织和力学性能优良的焊接接头。

高强钢绞线网/ECC加固RC柱小偏心受压性能研究

为研究高强钢绞线网/ECC(HSME)加固钢筋混凝土(RC)小偏心受压柱的正截面受力性能,对HSME加固RC柱、ECC加固RC柱和未加固RC柱进行了小偏心受压性能试验.结果表明:采用HSME加固后RC柱的整体性能得到显著提升,当采用相同的相对初始偏心距时,与未加固RC柱相比,HSME加固RC柱的开裂荷载、峰值荷载和延性分别提高了100.0%~113.3%、99.8%~108.0%、75.9%~77.8%;相同荷载下,HSME加固RC柱的ECC应变和纵筋压应变均小于ECC加固RC柱,HSME的加固效果更优;HSME加固层为核心混凝土提供了有效约束,改善了RC柱的损伤分布和破坏模式,显著提高了RC柱的承载力和延性;整个受压过程中,HSME加固层与RC柱混凝土协调变形,共同工作性能良好.

超高强钢丝锌铝合金镀层腐蚀的元胞自动机模拟方法

根据锌铝合金镀层的电化学腐蚀原理,结合锌铝合金镀层微观组织试验、镀层均匀性试验、中性盐雾腐蚀试验数据,建立适用于锌铝合金镀层的二维腐蚀元胞自动机模型,模拟锌铝合金镀层的腐蚀演化过程,分析镀层金属氧化反应、水化反应、水化物溶解反应和镀层不均匀性对腐蚀过程的影响规律.研究结果表明,二维腐蚀元胞自动机模型能够准确模拟锌铝合金镀层的腐蚀演化过程;在镀层腐蚀过程中,金属的氧化反应起主导作用,金属的水化反应和金属水化物的溶解反应是次要因素;同一时刻,氧化概率大小与单位面积金属腐蚀量呈非线性正比关系,溶解概率大小与单位面积金属腐蚀量呈非线性正比关系,水化概率大小与单位面积金属腐蚀量呈反比关系;镀层金属含量的不均匀分布对镀层腐蚀演化过程影响较小,镀层厚度的不均匀性会导致局部区域铁基体过早发生腐蚀,引起蚀坑的出现.

高强不锈钢绞线网/ECC约束高强混凝土受压本构模型

为将新型复合材料“高强不锈钢绞线网/ECC约束素混凝土”用于实际工程结构,基于高强不锈钢绞线网/ECC约束高强混凝土(简称HSME约束高强混凝土)复合材料轴心受压试验结果,分析ECC强度、核心混凝土强度以及横向钢绞线体积配网率等对其受压性能的影响规律。试验结果表明:HSME能够有效约束核心混凝土轴心受压,破坏模式具有明显的延性性能,根据试验数据绘出HSME约束高强混凝土复合材料受压应力-应变曲线,可以分为三个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和下降段。根据各阶段曲线的数学特征,建立HSME约束高强混凝土复合材料受压本构关系的全过程模型表达式。引入ECC特征值和横向钢绞线特征值,对本构模型的各参数进行分析,提出HSME约束高强混凝土复合材料的开裂压应变、峰值应力、峰值压应变和极限压应变等参数的表达式。将各参数代入所建立的受压本构关系绘出其应力-应变曲线,模型结果与试验所得应力-应变曲线吻合良好,开裂压应变与极限压应变的计算值与试验值对比范围分别为0.949~1.068和0.938~1.039。表明所提出的受压本构模型能够较好地反映HSME约束高强混凝土复合材料的应力-应变关系。

ER120S-G高强钢电弧增材制造的工艺优化

针对ER120S-G高强钢电弧增材制造搭接间距的工艺优化问题,采用脉冲熔化极气体保护焊(GMAW-P)工艺,对5组单层焊道进行Canny边缘提取和高斯平滑滤波,并选用不同函数对单道形貌进行拟合。比较了常规搭接模型和优化的斜顶搭接模型,并计算出它们的最优搭接间距。研究结果表明,对于高强钢GMAW-P工艺,采用正弦函数拟合焊道边缘的效果最佳,并且采用优化的斜顶搭接模型得到的最优搭接间距为0.66倍的单道宽度。基于上述优化结果试验成形了多层多道块体样件,成形表面质量良好无缺陷,块体组织主要为针状铁素体、粒状贝氏体以及M-A组元等,抗拉强度呈现一定的各向异性。

高强钢丝布对UHPC双向板弯曲性能的影响

为研究高强钢丝布(high strength steel wire cloth,SWC)及与混杂纤维的协同效应对超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)双向板抗弯性能的影响,本文进行了四边简支弯曲试验,设计变化参数为SWC层数和混杂纤维种类。结果表明:UHPC双向板的承载能力随层数的增加而提高;相比于铺设2、3层SWC的UHPC板,铺设1层SWC的板破坏时变形能力最好;从提高UHPC板承载能力和弯曲韧性的角度出发,与SWC协同效应最佳的短切纤维顺序依次为:钢纤维、聚甲醛纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇纤维和玄武岩纤维。纤维体积掺量为1.5%时,全掺钢纤维的SWC板承载力最高,掺1.0%钢纤维和0.5%聚乙烯醇纤维的SWC板破坏时变形能力最好;玄武岩纤维相较其它纤维对UHPC板的增强效果最弱。

高强钢丝编织格栅网面内拉伸性能的数值分析

采用高强钢丝编织的格栅网在边坡浅层地质灾害和军事工程防护领域均有着广泛的应用.由于影响格栅网面内力学性能的参数较多,精细化的数值分析可为优化格栅网的制备工艺充分发挥其力学性能提供依据.为此,基于ANSYS Mechanical模块,在格栅网力学性能理论研究基础上,考虑钢丝材料的非线性应力强化效应、格栅网几何构造形成的各向异性以及连接节点处编织工艺造成的接触和状态非线性等因素,开展了格栅网面内拉伸力学性能的非线性数值分析.结果表明:数值计算与试验获得的格栅网应力应变变化趋势基本一致;与试验结果相比,数值计算获得的格栅网等效弹性模型(刚度)在Y方向误差为10.6%,X方向误差为18.5%;数值计算获得的格栅网极限应力应变在Y方向误差分别为10.0%和12.8%,在X方向误差分别为0.7%和18.3%.

高强钢丝两种镀层耐蚀性及点蚀概率模型

为研究高强钢丝镀锌层及Galfan镀层的耐蚀性,并建立腐蚀全过程点蚀概率模型,开展了中性盐雾加速腐蚀试验.对比分析了两种镀层的均匀腐蚀过程,研究了两种镀层的宏观与微观腐蚀形貌,通过动电位极化曲线测试阐释了两种镀层的耐蚀性,最后,采用三维表面形貌仪扫测腐蚀后镀层表面形貌,建立了腐蚀全过程点蚀概率模型.研究发现:镀锌层与Galfan镀层均匀腐蚀深度随腐蚀时间延长分别呈现线性增长与抛物线增长趋势,镀锌层与Galfan镀层腐蚀全过程宏观腐蚀形貌分别呈现两阶段与三阶段变化特征,黄褐色腐蚀物、红褐色锈斑覆盖钢丝表面约1/3的区域时,可分别判定两种镀层被完全腐蚀;随着腐蚀时间延长,镀锌层微观腐蚀形貌从初期的致密状态向多空、镂空状演变,Galfan镀层微观腐蚀形貌在前期由致密状态过渡至多空镂空状,进一步演变为层状堆叠状态,Galfan镀层被完全腐蚀时,微观形貌呈松散颗粒状;Galfan镀层的动电位极化曲线存在明显钝化区,且腐蚀时长越短,钝化区越稳定,镀锌层在腐蚀过程中的腐蚀倾向性轻微下降,Galfan镀层的腐蚀倾向性随暴露时间的延长下降较明显;镀层点蚀概率模型中的区间最大点蚀系数不拒绝Gumbel分布,两种镀层区间最大点蚀系数分布的位置参数及尺度参数均随腐蚀时长的增加呈指数下降趋势.

EQ70钢窄间隙激光填丝焊接头组织与性能研究

采用窄间隙激光填丝焊接技术对26 mm厚EQ70钢板进行了焊接试验,第1道采用自熔焊打底,后4道采用填丝焊对坡口逐层填充。对接头厚度方向底、中、表层三处位置的微观组织进行对比观察,并进行了力学性能测试。结果表明,焊缝双面成形良好而且变形量较小,无裂纹等缺陷。自熔焊焊缝及热影响区中存在大量马氏体组织。填丝焊焊缝组织中存在大量针状铁素体及粒状贝氏体,其热影响区组织中存在大量板条马氏体。接头自熔焊和填丝焊的热影响区靠近母材的位置均出现软化现象。填丝焊缝的抗拉强度高于自熔焊的。