Cryo-Cracking方法及其在焊接接头蠕变断裂失效分析中的应用

介绍了 Cryo- Cracking方法及其在分析和评定高温下长期服役的焊管焊接接头蠕变失效中的应用特点。这种方法使用的试样易于截取 ,制样工艺过程简单 ,对制样者的技艺无特殊要求 ,不易产生因试样的制备而引起的误解。通过扫描电镜断口形貌的分析 ,结合金相定量分析方法 ,从分析断口的二维图象获得的数据 ,可以定量地反映在役构件蠕变失效的程度。实践表明 ,Cryo- Cracking方法是一种简单实用的焊接接头蠕变失效分析方法。

型钢-UHPC轻型组合桥面板及其抗弯性能研究

正交异性钢桥面是目前800m以上国内外特大跨径钢桥的唯一选择,主因是自重轻、强度高、架设方便。但其存在疲劳开裂风险大、运维成本高的缺点。随着高性能材料UHPC的研发和应用,为构建自重轻、病害少、经济性好的桥面新结构提供了可能性。经过多年研究,作者提出一种新型桥面板结构——型钢-UHPC轻型组合桥面结构,将型钢、钢板条与UHPC组合,桥面板的形成无任何板件焊接,因而具有高抗疲劳性,且与传统钢桥面相比,自重持平、造价减半,可作为除“正交异性钢桥面”外的“第二种”大跨径钢桥的桥面结构方案。该文研究这种轻型组合桥面板预制板及横向接缝的抗弯性能,制作4个条带模型(包括2个预制板试件和2个接缝试件),开展三点弯曲的横向接缝负弯矩试验和预制板正弯矩试验,并对试验结果进行分析;基于“条带法”建立预制板试件极限承载力计算模型,提出接缝试件的UHPC开裂名义拉应力计算方法;基于某斜拉桥应用实例,进行整体计算和局部计算,验证新型组合桥面结构在实桥上应用的可行性。研究结果表明:(1)型钢与UHPC间在极限状态前相对滑移非常小,具有良好的协同受力性能;(2)预制板试件的正弯矩极限承载力以型钢屈服控制,而接缝试件负弯矩极限承载力以UHPC开裂和加密钢筋断裂控制;(3)接缝试件的“T形”接缝、加密钢筋、燕尾形的企口、交错式切割型钢钢条等构造设计对接缝整体抗弯拉性能有很好的提高效果;(4)预制板试件极限承载力计算模型所得计算值与试验值吻合良好,该模型搭配名义拉应力计算方法,可帮助工程实际问题的设计与应用;(5)试验结果与实桥的有限元计算值相比,新型桥面结构均有1.3倍以上的安全系数,新型组合桥面应用于实桥具有可行性。

公路隧道箱型预制仰拱变形破坏的模型试验研究

基于自主设计的新型箱型预制仰拱结构,采用室内物理模型试验,结合数字照相量测技术,研究该箱型预制仰拱的力学特性及破坏模式,通过数值模拟研究实际工况中衬砌与仰拱共同作用的受力规律.结果表明:竖向荷载作用下产生的拉张效应是预制仰拱裂纹产生及发展的主要原因,水平压力对预制仰拱的裂纹发展作用不明显.预制块接缝处以及各个预制块中柱转角处是预制仰拱结构的最薄弱部位,接缝处和转角处影响预制仰拱结构的安全.预制仰拱位移变化关于中轴部位呈对称分布,位移由大到小依次为中间预制块、左1预制块、左2预制块、左3预制块.箱型预制仰拱破坏可以分为加载压密、弹塑性变形和塑性破坏3个阶段.当仰拱与衬砌共同作用时,仰拱的上部主要承受拉应力,仰拱的下部主要承受压应力.试验结果表明,所设计仰拱结构具有良好的受力性能.

T23/P23钢高强匹配焊缝金属接头再热裂纹表征

综述了T23/P23钢高强匹配焊缝金属接头再热裂纹的特征。结果表明,T23/P23耐热钢高强匹配接头再热裂纹倾向明显,焊后状态高强匹配接头具有较高的强度和可以接受的塑性和韧性。接头显微组织中的HAZ粗晶区碳化物析出、晶界的滑移及晶界的脆化是再热裂纹产生的必要条件;影响HAZ组织的主要因素是母材中碳化物形成元素和残留元素的种类及含量。随接头拘束应力增大,再热温度升高时再热裂纹倾向增大。T23/P23钢接头中氢的行为是产生再热裂纹不可忽视的影响因素。生产中常用低应力化和低氢化综合工艺及参数,以及新型专用焊接材料等措施,使接头中的应力水平降低,氢含量最小化,控制再热裂纹形成条件,并获得了较满意的效果。

带波形钢板的UHPC免模板湿接缝抗弯模型试验研究

针对预制装配式桥梁中桥面板湿接缝处的受力特点和现有接缝构造形式,提出一种以预埋波形钢板为底模的超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)免模板湿接缝构造形式,解决接缝现场支模问题。为研究新型接缝的力学性能,设计了5片试验梁,以钢纤维含量为试验参数,开展四点弯曲全过程抗弯性能试验。结果表明:各试验梁主裂缝均位于预制段,发生弯曲破坏,接缝段未产生较大破坏;提高钢纤维含量可以增强UHPC-NC(Normal Concrete)界面黏结,提升接缝的抗裂性能,但对结构的抗弯承载力影响较小;钢纤维含量为1.0%的免模板接缝梁抗裂性能仅次于UHPC整体梁,同时具有结构简单、施工简化、造价经济等优点,说明该接缝构造形式运用于实际工程中是可行和可靠的;UHPC钢纤维含量建议取1.0%。

轻型组合桥梁负弯矩区接缝抗弯性能试验

对适用于轻型组合桥梁负弯矩区的T形横向接缝抗弯性能进行试验研究,对负弯矩加载接缝的全过程进行理论分析,对接缝设计参数进行讨论.研究结果表明,随着荷载的增大,试件的主裂缝出现在连续浇筑的UHPC接缝界面和加载点下方的面板表面,试件中部未发现明显裂纹,UHPC接缝界面的可视初裂强度可以满足实桥设计荷载.对试验梁进行分析,提出接缝最大裂缝宽度、考虑UHPC拉伸刚度效应的设计弯矩和挠度计算公式,获得每阶段承载力的计算式,预测结果与试验结果吻合良好.通过参数讨论和计算可知,跨度L=20~50 m的轻型组合桥梁T形接缝上部加长长度可以设置为0.1L.

染色与渗透试验在BGA焊点质量分析中的应用

在高密度组装焊点的质量评价中,染色与渗透试验不仅简单高效、易于操作,且反馈信息最为全面。基于标准测试方法,阐述了染色与渗透试验的基本原理及操作方法,并基于失效模式典型案例分析的方式,系统研究了染色与渗透试验中球栅阵列封装(BGA)焊点常见质量缺陷的具体表现形式及其产生机理,以期为可靠性分析工程师在实际测试中提供技术参考。

10MnNi2MoV低合金钢管接头裂纹性质分析

以某电厂在役的10MnNi2MoV低合金钢管焊接接头作为研究对象,对其表面裂纹位置、形貌、组织和断口进行了系统地研究分析。结果表明,10MnNi2MoV钢管焊接接头盖面焊缝附近ЭА-395/9堆焊层中易产生锯齿状裂纹,该裂纹通常沿柱状晶生长方向扩展,同时在堆焊层近表面区域的迁移晶界中易产生条状和颗粒状析出物、T型晶界等显微组织及特征,这些组织为10MnNi2MoV低合金钢管焊接接头的高温失塑裂纹的形成提供了内在条件。对于在电厂服役时间较长的低合金钢焊接接头而言,在接头堆焊层易产生高温失塑裂纹,且该裂纹一旦形成将会快速扩展,严重威胁着电厂机组的安全运行。

基于小冲孔试验的2205双相不锈钢焊接接头的应力腐蚀开裂行为

在含有H^(+)的混合海水溶液中采用小冲孔应力腐蚀试验方法对2205双相不锈钢焊接接头不同区域的应力腐蚀开裂敏感性进行了研究。基于小冲孔试验的载荷-位移曲线建立了应力腐蚀开裂敏感性系数计算方法,并依托小冲孔试样毫微取样的优势对比了母材区、热影响区和焊缝区应力腐蚀敏感性的差异。从宏观断口与微观断口两方面分析了断裂机理。结果表明:焊缝区的应力腐蚀开裂敏感性均高于母材区和热影响区,焊缝区在海洋环境中更易发生应力腐蚀开裂。小冲孔应力腐蚀试验方法是一种评价焊接接头不同区域应力腐蚀开裂现象的有效方法。

超高性能混凝土桥面板湿接缝受力性能试验研究

沾临黄河特大桥是山东省沾化至临淄高速公路在建的一座主跨480m的斜拉桥,采用钢箱梁+超高性能混凝土(UHPC)桥面板构成的组合梁。针对UHPC桥面板的湿接缝,开展了两系列足尺模型试验,包括一组简支板试件和一组两跨连续板试件。重点研究了燕尾榫湿接缝、带钢板增强的燕尾榫湿接缝和梳齿湿接缝的受力性能,测试并分析其荷载-挠度响应、开裂行为、破坏模式,以及应变的发展与分布。结果表明,含钢板增强的燕尾榫湿接缝抗裂性能最优,与整浇板相当,较传统的燕尾榫湿接缝有显著提升;无增强的湿接缝的抗裂性能较整浇UHPC有明显削弱,名义开裂应力劣化一半以上。此外,钢板增强构造可有效加强燕尾榫湿接缝,甚至实现高于整浇板的承载性能和延性。将梳齿湿接缝布置于连续板中支座会导致承载力有一定降低,这对于内力较小的横桥向是可接受的。提出了含湿接缝的UHPC板的抗弯承载力计算方法,与文献中已有的方法相比具有更高的准确性。

波形耐候钢腹板与混凝土顶板结合部横向抗弯疲劳性能研究

为了解波形耐候钢腹板组合箱梁桥中波形钢腹板-混凝土顶板结合部在横向弯矩下的疲劳性能,以飞龙大桥为背景,制作1个波形耐候钢腹板-混凝土顶板结合部试件,开展横向受弯疲劳试验。分析结合部试件的疲劳寿命、破坏形态、抗弯刚度变化情况等,并基于线性疲劳累积损伤理论,采用Eurocode 3和AASHTO规范公式评估结合部试件中相关细节的疲劳寿命。结果表明:波形耐候钢腹板-混凝土顶板结合部试件在最终疲劳破坏前经历了209.14万次的疲劳加载,可以满足结合部横向抗弯疲劳设计的要求;主要的疲劳损伤为连接波形钢腹板与钢翼缘的焊缝出现疲劳裂纹以及混凝土顶板的开裂;疲劳损伤的累积导致试件的抗弯刚度降至初始抗弯刚度的34.4%;采用Eurocode 3和AASHTO规范公式对结合部中细节进行疲劳寿命评估时,Eurocode 3规范公式计算所得的细节疲劳寿命更偏于保守。

牛腿式接缝分段预制拼装盖梁的受力性能

为探索牛腿式接缝分段预制拼装预应力混凝土盖梁的静力性能,本文开展了静载试验及有限元模型参数分析,探讨各个影响因素对其受力性能的影响。采用粘性接触单元模拟了牛腿接缝界面的相互作用。研究结果表明:分段预制拼装与整体预应力混凝土盖梁模型相比,开裂荷载和破坏形态基本相同,然而极限承载力和极限变形能力均有明显下降;牛腿接缝界面是分段预制拼装预应力混凝土盖梁的薄弱环节,破坏时临近接缝界面的受拉区混凝土完全分离;此外,牛腿接缝位置设置应综合考虑减轻盖梁的最大吊重与极限承载力之间的冲突;增加预应力筋数量或增大盖梁截面高度,均是提高牛腿式接缝分段预制拼装预应力混凝土盖梁极限承载力的有效措施。

水池伸缩缝渗漏修复措施探究

某环保项目半地下水池平面尺寸超长,为减少混凝土收缩裂缝,设计单位按规范要求设置伸缩缝。在水池满水试验中发现侧墙伸缩缝处渗漏。该文分析伸缩缝漏水的原因,并针对性地给出修复方案。

类节理岩石直剪试验力学特性的数值模拟研究

节理岩体的剪切特性是主导岩体工程稳定性的关键因素。基于PFC^(2D)离散元颗粒流程序,结合室内试验结果对比分析,选取合理的细观参数进行数值模拟,分别从细观角度研究了节理岩石的裂纹发展、能量转化及声发射现象等特性,从宏观角度研究了节理岩石的强度模型和破坏形态。结果表明:节理岩体主要呈现磨损和剪断两种破坏形态,不同的破坏形态对应不同的强度模型;随着剪切变形增加,岩体沿节理面发生破坏,弹性阶段以法向裂纹为主,而塑性阶段切向裂纹起主导作用,滑移区R、P裂纹贯通形成破碎带,节理面产生较大滑移;在应力达到峰值强度前,边界能主要转化为应变能,法向裂纹生成较多;越过峰值强度后,摩擦能快速增长,并伴随大量切向裂纹产生。与室内试验结果相比,PFC^(2D)较好地模拟了节理岩体剪切力学特性,弥补了室内试验中无法进行细观特性研究的缺陷,对于节理岩体后期研究提供了一些参考。

节理对爆生裂纹扩展影响的试验研究

采用模型试验方法,结合新型数字激光动态焦散线试验系统,比较了不同炮孔与节理间距下节理处起裂的动态行为,研究了节理对爆生裂纹扩展的影响。结果表明,由于节理结构的细观差异,试件的破坏形态表现出多样性。根据节理处起裂时段的差异,节理处起裂形式有2种,形式Ⅰ:在爆生裂纹扩展至节理之后,节理处起裂并扩展;该种起裂形式下,爆生裂纹对节理的直接作用是节理处起裂的主要原因,炮孔到节理的距离对节理处起裂裂纹的偏移距离影响不大。形式Ⅱ:在爆生裂纹扩展至节理之前,节理处已经起裂并扩展;该种起裂形式下,爆炸应力波对节理的作用是节理处起裂的主要原因。节理处裂纹的整体偏移范围由这两种起裂形式决定。试件的不同破坏形态在裂纹扩展的应力特征上表现出差异性和复杂性。

海洋石油平台焊接接头大型CTOD试验

依据英国BS 74 4 8断裂韧性试验标准 ,对焊接接头超大尺寸低温裂纹尖端张开位移 (CTOD)试验测试技术进行了探讨 ,对采用焊条电弧焊与埋弧焊工艺施焊的、板厚为 2 .5in(6 3.5mm)的海洋石油平台焊接接头试样进行了CTOD试验 ,分别测试了- 18℃两种工艺下焊缝金属和热影响区的CTOD断裂韧性 ,对试验结果及试验中的有关技术问题进行了分析讨论。试验表明 ,除两个热影响区 (HAZ)试样外 ,其余试样均满足美国Phillips石油公司提出的最小CTOD为 0 .15mm的要求。

2Cr13焊接构件埋藏裂纹电磁热止裂及力学性能强化

选择2Cr13材料,通过对接焊方法在焊接接头处预制埋藏裂纹,采用超声波无损检测对埋藏裂纹位置及尺寸进行标定;采用热—电耦合焦耳热问题的数值分析方法,计算出放电瞬间焊接接头内圆形埋藏裂纹的温度场,并求得止裂后焊接接头内的残余应力场。通过ZL-2型超强脉冲放电装置对焊接接头进行电磁热止裂强化试验,对止裂前后埋藏裂纹裂尖附近微观组织进行分析,对比测试止裂前后试件的抗弯、拉伸等力学性能。研究结果表明:止裂瞬间,焊接接头中埋藏裂纹裂尖处温升超过金属熔点,裂尖熔化、钝化,达到阻止裂纹扩展的目的;同时,止裂后裂尖附近微观组织明显细化,出现强韧性均好的白亮组织,进一步阻止了裂纹的扩展;止裂后焊接接头抗弯强度提高18.0%,抗拉强度提高11.7%,断后伸长率提高34.6%。研究证实,脉冲放电实现了2Cr13焊接接头内埋藏裂纹止裂,并提高了焊接接头的力学性能。

316L不锈钢扩散连接接头界面疲劳裂纹扩展行为

采用单边缺口试样对316L不锈钢扩散连接接头进行显微疲劳试验,实现微观尺度下界面裂纹扩展和微孔隙演化的原位观测.试验观察表明:动载荷下界面裂纹扩展时,裂纹尖端晶粒内产生局部的塑性变形,但几乎观测不到界面微孔隙的扩展,也未见微孔隙与微孔隙的相连;微孔隙对界面裂纹萌生和扩展的影响不大;扩散连接过程中所形成的谷脊状界面可以改变裂纹的扩展路径.

陕北黄土垂直节理形成机理的试验研究

假设黄土垂直节理形成分为2个阶段,通过野外现场考察、室内物理模拟试验,结合黄土的湿陷性和裂隙产生的力学机理对黄土垂直节理的成因做出了探讨。结果表明黄土垂直节理的形成可分为2个阶段:①内裂隙形成阶段,开始沉积时,由于地形的起伏导致黄土厚度上的分布不均匀,在降雨时产生不均匀湿陷,从而导致产生内裂隙;②裂隙扩展阶段,内裂隙形成后黄土继续堆积,顶部压力的增长致使裂隙顶部土体受到拉应力作用,当达到其抗拉强度时裂隙就会沿竖直方向产生扩张而形成垂直节理。同时,通过实地考察,证实了假设是合理的。

节理间距对滚刀破岩影响的线性破岩试验研究

掘进机(TBM)开挖过程中受到各种地质因素的影响,其中节理间距是影响TBM滚刀破岩的一个重要因素。设计节理间距为100mm和400mm两组试验方案。试样为甘肃北山花岗岩,应用北京工业大学自行研制的大型机械破岩实验平台,选用17英寸(432mm)的常截面盘形滚刀进行线性切割破岩试验。试验过程中记录滚刀三向力、滚刀下岩样裂纹扩展并收集了岩片。从三向力、裂纹的扩展模式和岩片等角度分析节理间距对滚刀破岩的影响。结果表明:节理间距100mm的岩体切入所需要的推力小于完整岩石的推力,节理间距400mm的岩体破岩过程中推力有一突变的过程。节理间距100mm岩体滚刀作用下存在两种破坏模式,节理间距400mm的岩体破岩过程则包括了正常破岩和节理面影响破岩两个过程,并且节理对竖向主裂纹向节理面扩展有加剧的作用。节理面下方岩石较完整,节理面阻碍裂纹朝节理面下方岩石传播。