INVESTIGATION ON BRITTLE FRACTUREPROPAGATION－ARRESTING CHARACTERISTICS OF STEEL PIPE

In order to study crack propagation-arresting characteristics of steel pipe construction, a new test installation was designed. The experiments of 20 steel pipes, pipes with longitudinally weld, pipes with circumferential weld and steel pipe with sleeve were conducted. The testing results indi- cated that circumferential weld in pipe with overrnatching weld had beneficial effect on crack prop- agation arrcsting propcrtics and the mechanical split sleeve can be used as crack arrester to prevent crack propagation.

采用钢管榫卯节点连接的节段预制拼装桥墩抗震性能研究

为分析钢管榫卯节点连接构造对节段预制拼装桥墩抗震性能的影响,以福建省某互通立交桥匝道桥为背景进行研究。首先进行钢管榫卯节点连接的足尺节段预制拼装桥墩试设计,采用MIDAS Civil软件建立实桥模型,对试设计的足尺节段预制拼装桥墩开展静力承载力验算;然后按1∶3.75比例缩尺,设计、制作1根整体现浇桥墩(RC)试件和1根钢管榫卯节点连接的节段预制拼装桥墩(PSBP-MTJ)试件,开展拟静力试验;最后对比分析两试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线与延性、累积滞回耗能、刚度退化与残余位移。结果表明:两试件的破坏模式类似,均为整体压弯型破坏,PSBP-MTJ试件塑性铰区因墩底灌浆套筒的存在而上移;两试件滞回曲线饱满无捏缩,耗能能力相当;PSBP-MTJ试件水平承载能力较RC试件提高约19%;PSBP-MTJ试件的拼装节段之间无剪切滑移出现,预应力筋延缓了其刚度退化,显著提高了其自复位性能,其残余位移仅为RC试件的67%,且残余位移与最大位移比值显著小于未采用无粘结预应力筋连接试件。

大型钢结构多向钢节点电弧增材制造工艺

多向钢节点作为连接大型钢结构的关键构件,承载钢结构建筑各方向的力,对其安全性起至关重要的作用。基于七向钢节点结构特点,文中研究了电弧增材制造钢结构建筑的七向钢节点,采用分区成形、平曲面切片及摆动填充的路径规划方法,将其分为直臂圆管区、相贯区和支管延长区3个区域,相贯区包括两管相贯、三管相贯和四管相贯3种类型。直臂圆管区和支管延长区采用摆动工艺进行堆积,两管相贯、三管相贯和四管相贯区分别采用曲面切片的路径规划进行堆积。对堆积完成的构件进行成形精度检测、微观组织的观测和力学性能的测量。结果表明,七向钢节点构件成形尺寸偏差为±1.32 mm,成形精度较高。微观组织为铁素体和珠光体,构件的抗拉强度和屈服强度相对于同成分铸件分别提高了约30%和105%,电弧增材制造的七向钢节点满足使用要求。

单向载荷下建筑用方钢管柱螺栓连接节点的抗冲击性能

用高强螺栓与Q345B钢制备方钢管柱螺栓连接节点试件,分别施加80、120、160 kN的预紧力,制成3种不同预紧力的连接节点试件。通过落锤冲击试验对试件施加单向载荷,并进行承载力与耗能测试,分析单向载荷下方钢管柱螺栓连接节点的抗冲击性能。结果表明:当单向载荷冲击速度较大时,试件的冲击力、位移均增大;其中,施加160 kN预紧力的试件的冲击力与位移始终较低,且冲击持续时间较短,具有良好的抗冲击效果;当试件经单向载荷冲击后,3组试件的极限承载力均有所降低,但施加160 kN预紧力的试件的承载力与耗能较高。因此得出,施加160 kN预紧力的方钢管柱螺栓连接节点抗冲击性能最优,更适用于高层建筑钢结构。

新型高强钢管格栅拱架接头抗弯性能分析

拱架接头作为整环结构受力及变形的薄弱部位,合理的接头型式是结构设计的关键,其力学特性对准确评价整体承载性能至关重要。为评估高强钢管格栅螺栓端板接头和组合套筒接头的受力性能,开展了接头足尺抗弯试验和数值模拟,探讨了两种接头的破坏形态、变形挠度、承载力及应力应变等特征指标的变化规律,并对接头抗弯刚度和承载力进行了定量评价。结果表明:在加载过程中两种接头呈现出典型的弹性增长阶段、塑性发展阶段、稳定承载阶段或残余强度阶段;螺栓端板接头表现为平滑曲线形破坏模式,组合套筒接头表现为折曲形破坏模式;相较于组合套筒接头,螺栓端板接头的极限弯矩提高了46.4 kN·m,相应的挠度减小了18.5 mm,初始抗弯刚度和使用阶段抗弯刚度分别提高了1011 kN·m 2和877 kN·m 2;两种接头的钢管应变响应规律基本一致,呈现出外环受压、内环受拉的分布特征,外侧受压率先进入屈服阶段;螺栓端板接头变形受力稳定,开口变形量小,螺栓安全系数高;组合套筒接头承载能力较低,可变形程度较高。研究成果可为隧道工程钢管格栅支护结构的接头设计及工程应用提供借鉴。

过活断层倒虹吸地面压力管结构型式比较研究

以往对过活断层倒虹吸地面压力管道研究,往往只单独研究钢衬钢筋混凝土管和明钢管两种结构型式,具体哪种管型更为合适尚无比较。采用有限元方法,通过建立地面钢衬钢筋混凝土管和明钢管两种管道有限元模型,对比分析了两种管道型式过活断层倒虹吸在断层蠕滑变形、黏滑变形以及地震作用下的位移和应力。研究结果表明:①钢衬钢筋混凝土管和明钢管管线中布置多个波纹管伸缩节后,均能较好适应断层蠕滑变形;②两种管道结构位于主断层范围的波纹管伸缩节在断层黏滑变形作用下变形均在100 mm以上,设计难度大;③地震作用下,在主断层范围内的钢衬钢筋混凝土管虽然位移大,但地震引起的应力较小,而明钢管在固定支座处的受力情况明显恶化;④综合多种工况的计算结果,钢衬钢筋混凝土管的受力情况比明钢管更优秀,但明钢管具备运行期检修复位的条件,两种管道方案各有优劣,应根据工程具体需求合理选择管道结构型式。

钻杆接头用含铌钒37CrMnMo钢的热变形行为及热加工图

采用Gleeble-3500热模拟试验机对含铌钒37CrMnMo钢进行等温单道次热压缩试验,研究了在不同变形温度和应变速率下钢的热变形行为及组织演变规律,并根据真应力-真应变曲线建立了该钢的热变形方程和热加工图。结果表明:在相同变形条件下,流变应力随变形温度的升高或应变速率的降低而降低;在高温、低应变速率条件下,试验钢的动态再结晶行为较显著;试验钢的热变形激活能为339.448 kJ/mol,基于动态材料模型和Prasad失稳准则确定了应变量为0.7时该钢的最佳热加工参数为1055~1250℃、0.05~0.12 s^(-1)和1130~1250℃、0.12~2.79 s^(-1)。

不同Nb含量X80钢管环焊热影响区的微观组织与韧性

为研究Nb含量对焊接热影响区微观组织和性能的影响,采用熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)和手工焊条电弧焊(shielded metal arc welding,SMAW)对0.055%Nb和0.075%Nb含量的X80钢管进行环焊.采用夏比冲击试验和金相分析方法,研究热影响区的微观组织差异和夏比冲击韧性.并借助扫描电镜和超高温激光共聚焦显微镜分析不同Nb含量X80管体的微观组织对热影响区性能的影响.结果表明,在0℃和-20℃时,0.075%Nb和0.055%Nb的X80钢管GMAW环焊接头热影响区均具有较高的冲击韧性,其平均冲击吸收能量均高于150 J.其中0.055%Nb略高于0.075%Nb的GMAW环焊接头热影响区夏比冲击吸收能量;焊接热输入较低时,0.055%Nb低于0.075%Nb的X80环焊接头粗晶区的韧脆转变温度,具有更好的低温韧性.焊接热输入较高时,0.075%Nb的X80环焊接头粗晶区具有更高的上平台冲击吸收能量,且上平台温度和韧脆转变温度也更低,其低温韧性也更优异;还发现了X80环焊接头热影响区的冲击韧性不仅与热输入量和热影响区马氏体-奥氏体组织(M-A)的形状、大小、分布有关,而且还受管体中Nb含量、原始的强度与韧性、微观组织状态的遗传影响.

沉管隧道管节接头钢剪力键制作及安装工艺

随着我国海底隧道工程建设的快速发展,沉管法海底隧道施工技术得到更多应用。沉管隧道管节接头作为沉管连接的关键部位,也是薄弱部位,管节接头止水与剪力键体系对沉管隧道结构的安全性有重要影响。为高质量完成管节接头施工,保证沉管的安全性,文章通过大连湾海底隧道管节接头钢剪力键施工,总结钢剪力键制作及安装技术的具体操作步骤及施工要点,积累沉管隧道管节接头剪力键施工经验,为后续施工提供参考。

装配式混凝土石化管廊柱脚节点的抗震性能试验研究

为了研究新型装配式混凝土石化管廊柱脚节点的抗震性能,设计并制作3个足尺的预埋型钢式柱脚节点,并对柱脚节点开展低周反复加载试验:通过分析不同节点的破坏形态和抗震性能参数,研究拉结筋和加载方向对柱脚节点抗震性能的影响。结果表明:各节点的滞回曲线较饱满,具有较强的耗能能力,型钢预留拉结筋能够有效增强预制柱与外包混凝土的连接,设置有拉结筋的节点的抗震性能最佳;沿节点横截面强轴和弱轴施加水平往复荷载下极限承载力相近,弱轴受力下节点具有相对更好的变形能力;3个节点最终破坏均为外包混凝土损坏剥落,预制柱身完好无开裂,3个节点在外包混凝土破坏后承载力无明显下降;基于试验结果分析认为,外露式柱脚的极限承载力可采用规范中的承载力计算公式计算,且计算值与试验值吻合较好。

外海钢壳沉管隧道接头防腐施工技术研究与应用

深中通道于国内首次大规模采用了钢壳混凝土形式沉管,其施工工艺、质量控制重点不同于传统钢筋混凝土沉管,在海洋环境影响下,钢壳的防腐施工是保证钢壳沉管主体耐久性的关键之一。沉管前后端因施工过程中多种影响因素限制,沉管内部对接处的前后4 m范围为沉管防腐涂层易损区域,为保障沉管的防腐性能,需于沉管内相关前置工序完成后进行二次修复补涂。较陆地厂内涂装,二次涂装面临着高温高湿以及施工频繁交叉的作业环境,针对上述条件,在厂内防腐施工基础上改进了施工工艺及施工机具的配合方式,经现场实践证明,施工质量及效率均取得良好成效。

高强螺栓连接系统管廊架设计

通过设计实例,介绍了某油气站场系统管廊架的结构设计过程,着重讲述了系统管廊架高强度螺栓连接的结构布置、节点设计、强度计算等方面的主要设计经验和建议,总结了高强度螺栓连接的优缺点和设计注意事项,为同类工程的设计提供了详实的参考依据。

37CrMnMo钢管径向摩擦焊接头组织与性能

在优化焊接工艺参数下实现了45钢径向环与37CrMnMo钢管的径向摩擦焊接.试验结果表明,径向环发生了强烈地塑性变形,焊缝表面有明显的氧化色,管体上具有很窄的热影响区.焊缝抗剪强度平均达401 MPa,略高于径向环母材.硬度从焊缝结合界面向两侧的径向环和管体母材逐渐降低.焊缝剪切断口平滑,呈现明显的剪切韧窝断裂特征,表明焊缝具有较好的塑韧性.接头金相组织分析结果表明,焊缝具有很窄的结合面,45钢径向环和37CrMnMo钢管体侧热影响区组织分别为铁素体+珠光体+贝氏体和贝氏体+少量马氏体,相比较母材产生了少量的马氏体组织,但焊缝中心及热影区的组织得到了细化.

Fe-Mn-Si形状记忆合金管接头研究

采用Ｆｅ－２８Ｍｎ－４Ｓｉ（加Ｍｇ）形状记忆合金热轧无缝管制成管接头，管接头内径平均变形量５．６％时，形状恢复率为３８．６８％，管接头与被接管连接后，具有高的连接强度及良好的密封性，在材料试验机上需１．７５ｔ的力才能将连接好的被接管一端拉出，并且管接头承受４ＭＰａ压力不泄漏。

P22钢管焊接接头的组织结构和力学性能

采用手工电弧焊(SMAW)对P22钢管进行全截面对接焊,测试分析焊接接头的组织结构、抗拉强度、弯曲性能、硬度和夏比V型冲击性能。结果表明:焊接接头质量良好,抗拉强度为515 MPa,侧弯试样均无裂纹;20℃下焊缝、热影响区和熔合线的冲击吸收能量分别为150 J、317 J、305 J,焊缝区、热影响区硬度分别为213~223 HV10、185~223 HV10;力学性能均符合BS EN ISO 15614-1∶2004+A2∶2012标准;焊缝、热影响区显微组织分别为粒状贝氏体和铁素体+粒状贝氏体,且热影响区可分为过热重结晶区、重结晶细晶粒区和不完全重结晶区;接头不同区域的组织结构与硬度分布相符。

直角扣件钢管节点抗滑本构关系研究

进行了10个直角扣件连接节点的抗滑移试验研究,试验参数主要有:拧紧扭力矩的大小、新旧扣件的差异等。试验结果表明:螺栓的拧紧扭力矩对节点抗滑的初始刚度有较大影响;旧扣件在抗滑初始刚度上并不低于新扣件,但在后期刚度和承载力上却发生较大幅度降低。在试验基础上,采用Matlab软件,对试验结果进行回归分析,得到直角扣件钢管节点滑移-竖向力关系公式,为采用有限元进行整体承载力分析计算提供依据。最后针对试验结果和先行规范要求,提出了直角扣件在使用中的几点建议。

不锈钢管道焊接头的局部微观结构、硬度和机械性能

完成了1Cr18Ni9Ti不锈钢管道对接焊接头母材、热影响区和焊缝金属三区域的局部微观结构、硬度和单调机械性能的详细试验研究。揭示了三区域存在明显差异 ,尤其是焊缝金属区的局部微观组织结构不均匀性和局部硬度、机械性能的分散性最大。说明了在结构分析中有必要考虑这种差异 ,并引入可靠性方法。此外 ,还揭示了由奥氏体基体 富δ铁素体带状结构组成的柱状晶是焊缝金属的特征微观结构 ,相邻富δ铁素体带的距离(40μm)恰好是该区域低周疲劳短裂纹行为中微观结构短裂纹(MSC)阶段和物理短裂纹(PSC)阶段的分界点。

K型钢管混凝土节点疲劳性能试验研究

以湘潭四大桥桁架拱为工程背景,进行了三种规格的K型钢管混凝土节点的疲劳试验,基于热点应力计算了K型钢管混凝土节点的疲劳荷载幅值,表明热点应力法能够较好地评估钢管混凝土节点的疲劳寿命;试验表明K型钢管混凝土节点的疲劳性能明显优于K型钢管节点。在此基础上初步提出了K型钢管混凝土节点的S—N曲线,对建立K型钢管混凝土节点疲劳寿命设计准则具有一定的参考意义。

电站锅炉用耐热钢管焊接接头再热裂纹研究进展

从再热裂纹的特征、形成机理和预防措施等方面综述了火力发电机组电站锅炉用耐热钢管焊接接头中再热裂纹的研究进展。目前关于再热裂纹的研究和应用还不十分深入,认识也不统一,对部分材料发生再热裂纹现象的解释还不充分,甚至存在相互矛盾之处。今后对电站锅炉用耐热钢管焊接接头再热裂纹的研究应集中在材料成分与性能的优化、沉淀析出、失效模型和高分辨率组织等方面,同时应建立再热裂纹评价系统以实现再热裂纹的预测与评价。