INVESTIGATION ON FRACTURE BEHAVIOR FOR WELDED JOINT OF NEW GENERATION FINE GRAINED STEEL SS400

The fracture behavior for welded joint of new generation fine grained steel SS400 was investigated and assessed on the basis of fitness for purpose philosophy. The actual critical defect sizes for the SS400 base metal and its weld HAZ (heat affected zone) defined by the gross yielding criterium have been determined directly by means of wide plate tests. It has been shown that although the HAZ grain growth occurs due to the welding heat, the resistance to fracture is not deteriorated. The deformation behavior of wide plate specimen was also studied by finite, element (FE) analysis. The deformation of weld HAZ is protected by the high strength weld metal, so it is easier to get the general yielding for the welded joint specimen.

Q420桥梁钢及其焊接接头的断裂抗力分析

Q420钢是焊接桥梁结构用新型材料,文中利用断裂力学的K概念,以深缺口宽板拉伸试验结果为基础,通过建立宽板试验与冲击试验的特征温度之间的关系,并计及桥梁结构的加载速率和裂纹尖锐度对断裂抗力的影响,得到Q420钢及其焊接接头的断裂抗力表达式,为该钢的防断适用性分析提供试验依据。

14MnNbq钢及其焊缝的断裂抗力表述

以深缺口宽板拉伸试验的结果为基础 ,通过建立宽板试验与冲击试验的关系 ,得到了 14MnNbq钢及其焊缝的断裂抗力表达式 。

用宽板试验研究铁路钢桥的抗断裂性能

国内外对桥梁钢结构开展的宽板试验研究尚不多见，本文用国内常用的桥梁钢１６Ｍｎｑ、１５ＭｎＶＮｑ设计试验了５０多块宽板。通过试验比较桥梁钢结构的特点，提出了工程全面屈服准则。用这一准则分析了两种钢材及焊接接头在不同使用温度下的穿透裂纹、表面裂纹的临界长度范围。用适合于桥梁钢结构的ＣＤＤ设计曲线分析计算了两种钢材焊缝的最大容许裂纹长度，并提出了受疲劳载荷作用下桥梁钢结构缺陷评定步骤。以某大跨度铁路桥梁钢板矫形断裂事故为例。

耐候桥梁钢及其焊缝耐腐蚀性评价研究

目前耐候钢耐腐蚀性常见评价方法有耐腐蚀指数计算法、周期浸润腐蚀试验法和电化学测试法。针对耐候桥梁钢及其焊缝的耐腐蚀性设计要求,为了准确评价耐候桥梁钢焊缝的耐腐蚀性,以我国耐候钢桥常用的Q420qENH耐候钢板为对比试样,采用与其匹配的CHT71NHQ药芯焊丝熔敷金属制作成焊缝试样,基于3种耐腐蚀性评价方法,分析焊缝的耐腐蚀性。结果表明:Q420qENH耐候钢板和CHT71NHQ药芯焊丝的耐蚀腐蚀指数I均大于等于6.5,焊缝与耐候钢相对腐蚀速率为3.87%,且二者自腐蚀电位差较小,仅为13 mV,CHT71NHQ药芯焊丝与Q420qENH耐候钢耐腐蚀性相匹配,均满足设计要求;3种方法均可反映耐候钢与焊缝耐腐蚀性的优劣。

Q500qE高性能桥梁钢防断性能试验研究

为研究Q500qE高性能桥梁钢的断裂抗力随温度的变化规律,针对5种不同厚度规格(16,32,44,50,60mm)的Q500qE高性能桥梁钢母材和焊接接头,进行常温和低温环境条件下的深缺口宽板拉伸试验。试验结果表明:随着强度的提升以及细化晶粒,板厚32 mm以下的Q500qE高性能桥梁钢母材的断裂韧度Kc值总体上高于Q370qE和Q345qD桥梁钢,也比Q500qE高性能桥梁钢焊接接头高;在试验温度低于-40℃后,板厚44mm以上的Q500qE高性能桥梁钢母材的Kc指标有所下降;与Q370qE和Q345qD桥梁钢焊缝相比,Q500qE高性能桥梁钢焊接接头的Kc没有明显的提高;需要进一步研发提高Q500qE高性能桥梁钢厚板以及焊接接头防断性能的措施。

基于抵抗疲劳和断裂的桥梁允许最大钢板厚度的确定

我国公路桥梁设计规范没有给出允许的最大钢板厚度,铁路桥梁规范允许的最大钢板厚度为50mm,欧洲钢桥设计规范中允许使用的最大板厚相对较厚。以防止钢桥疲劳和断裂为目标,提出一种钢材选材和钢板最大允许厚度的确定方法。疲劳裂纹的扩展采用断裂力学理论,裂纹端部的应力强度因子基于同时考虑脆性断裂和塑性屈服断裂影响的R6破坏模式,采用冲击功和相应温度确定含裂纹钢板的低温断裂韧性,并考虑了桥梁中焊接残余应力,加载的应变速率,钢板弯曲成型等因素对最大允许板厚的影响。根据以上理论和方法开发了计算程序,并以重庆市江津观音岩长江大桥为例,确定了钢材的种类和允许的最大钢板厚度。

管线钢宽板拉伸试验探讨

介绍了国内外宽板拉伸试验研究的进展情况,以及管线钢宽板拉伸试验的试验过程和数据处理方式,包括缺陷的制备、试样规格及信号采集、试验结果和试验数据的处理分析,并指出了影响宽板拉伸试验过程中的关键因素。通过多年的实践认为,宽板拉伸试验应建立一套完善的测试步骤和理论分析技术,规范化、标准化宽板拉伸试验过程,确保各种测量数据和试验结果更加真实可靠,为管道设计和焊接施工提供真实可靠的数据支持,对于指导宽板拉伸试验及管道应变设计具有一定的实际意义。

单试样柔度法在管线钢断裂韧性测试领域的应用

介绍了单试样柔度法的基本原理,并系统对比分析了该方法在不同断裂韧性测试技术中的应用情况。单试样柔度法是利用弹性柔度技术通过1个试样得到断裂韧性阻力曲线上多个点的试验方法。单试样柔度法理论基础强,计算过程复杂,涉及到测试柔度校正、裂纹扩展尺寸计算、断裂韧性公式推导等内容。健全和完善单试样柔度技术,有利于推动各种断裂韧性测试方法的发展,有利于更加便捷、准确的获得管线钢及环焊缝的断裂韧性值,对管线钢焊接技术的发展和环焊缝性能评估具有重要意义。

粘贴双L形钢板加固PC简支T梁的抗剪性能

为了研究粘贴竖向双L形板加固预应力混凝土T梁抗剪性能,开展了室内模型试验,获取了加固梁和未加固梁的荷载挠度曲线,观察了梁体的损伤发展过程,测试了箍筋和钢板的应变发展规律。基于混凝土塑性损伤模型,考虑钢筋和钢板材料非线性效应,分别建立了未加固和加固梁的非线性数值模型。对比分析了试验结果和数值有限元分析结果,验证了数值模型的有效性。对箍板厚度、混凝土强度、钢板间距、钢板宽度、剪跨长度、箍筋间距、预应力等7个参数的16个数值模型的箍板应力不均匀系数进行了数理统计。采用柯尔莫哥洛夫检验法(D_(n)检验法)分别对不均匀系数进行正态分布、最小极值分布及威布尔分布假设检验。结果表明:粘贴竖向钢板箍能提高已有损伤的预应力混凝土梁斜截面抗剪承载力;粘贴的双L形钢箍板工作良好,没有出现粘贴箍板剥离现象,在加固梁剪压破坏时钢箍板剥离;加固试验梁破坏时,位于剪跨段斜截面上的U形钢板箍的各测点应变表现出不均匀性,且各加固钢板强度发挥程度随加固梁加载量的增大越发不一致;粘贴竖向双L形箍板加固预应力混凝土T梁抗剪承载力时,钢板的应力不均匀系数服从威布尔分布,95%下限取值为0.55。

10MnNiCrMoV钢宽板拉伸试验研究

本文通过对10MnNiCrMoV钢板宽板拉伸试验,研究了10MnNiCrMoV钢板在低温环境条件的防断及止裂性能。

宝钢宽厚板断裂韧度试验若干问题的研究对策

概述宝钢在开展宽厚板断裂韧度试验过程中所面临的若干问题及研究对策。主要包括单试样柔度法测定JⅠC与CTOD指标的试验方法 ;开发和设计针对大尺寸宽厚板试样的JⅠd试验手段 ,以满足平面应变断裂的有效性判据 ;针对高韧性厚钢板落锤撕裂试验 (dropweightteartest ,DWTT)试验容易出现无效异常断口的现象 。

基于宽板拉伸试验的Q690qE高性能桥梁钢断裂韧性研究

为研究应用于桥梁钢结构的Q690qE钢防脆断性能,以主跨408 m的汉江湾桥为背景,设计、制作Q690qE钢32 mm板厚母材、32 mm板厚焊缝、50 mm板厚母材、50 mm板厚焊缝4组试件,进行不同温度下的宽板拉伸试验,分析其断裂韧性。将宽板拉伸试验值作为断裂抗力,采用有限元法计算汉江湾桥典型受拉杆件在较不利工作应力下的断裂驱动力,评价桥梁钢结构采用Q690qE钢时的低温防脆断性能。结果表明:Q690qE钢32 mm板厚母材具有良好的低温防脆断性能,50 mm板厚母材的断裂韧性随温度降低具有明显下降趋势;在温度低于-20℃时,Q690qE钢32 mm、50 mm板厚焊缝的断裂韧性随温度降低具有下降趋势;与Q500qE钢相比,Q690qE钢母材和焊缝均具有较好的断裂韧性;汉江湾桥典型受拉杆件采用Q690qE钢时能够满足低温防脆断的要求。

稀土高性能耐候桥梁宽厚钢板Q500qENH研发

开发了屈服强度500 MPa级别耐候宽厚桥梁钢板,具有高强度、高韧性、加工不变形和抗低温断裂性能及高耐候等综合性能,能够满足GB/T 714-2015标准要求,适合在极寒区域和免涂装使用。

Q500钢焊接接头断裂韧性K_C的表达式

基于断裂力学理论,针对Q500钢焊接接头评价,以更简便的计算Q500钢焊接接头KC值和防断分析为目标,考虑冶金质量和板厚影响的系列温度夏比冲击试验结果,结合深缺口宽板拉伸试验结果,得出了Q500钢焊接接头断裂韧性KC的表达式。

钢板-混凝土组合加固预应力混凝土箱梁

为了研究钢板-混凝土组合加固技术在桥梁加固工程中的应用,提出了钢板-混凝土组合加固预应力混凝土箱梁的抗弯极限承载力计算公式,采用ANSYS软件选用合理单元类型和材料本构关系,对采用钢板-混凝土组合加固的某火灾受损预应力混凝土箱梁桥进行了非线性有限元数值模拟分析对比,并做了加固后效果验证性荷载试验,还对组合加固和粘钢加固效果进行了对比。结果表明:简化公式计算结果与数值分析结果偏差在5%以内;加固后结构关键截面抗弯极限承载力提高30%以上,应变校验系数降低为0.57～0.70,挠度值减小明显,结构基频提高了19%,横向分布系数理论值与实测值比值为0.93～1.05,吻合良好;组合加固梁体校验系数降低为0.66～0.82,较合理且相对均匀,结构受力协同性较好,更有利于提高结构整体受力性能。

钢桥面顶板-U肋焊缝表贴增强板材疲劳加固方法研究

针对正交异性钢桥面板顶板-U肋焊缝疲劳开裂问题,提出在顶板表面粘贴小尺寸增强板材的疲劳加固方法。采用碳纤维增强复合(CFRP)板和钢板2种疲劳加固板材,开展钢桥面局部区域足尺模型疲劳试验,采用热点应力法分析加固前后顶板-U肋焊缝的疲劳性能,最后根据线弹性断裂力学和有限元计算分析,对比分析不同加固板材下焊缝裂纹扩展过程中的应力强度因子变化规律,考察加固时机与加固板材厚度对该焊缝疲劳加固效果的影响。试验结果表明:顶板表面粘贴4 mm厚CFRP板和钢板,焊缝疲劳寿命分别提高87%和196%,双层4 mm厚CFRP板叠层粘贴加固后,焊缝疲劳寿命理论上可提高4.9倍;该焊缝在进行表贴板材疲劳加固时,可采用国际焊接协会的FAT100热点应力S-N曲线进行设计计算;加固方法可有效降低裂纹尖端的应力强度因子幅值,相同厚度钢板抑制裂纹扩展的效果优于CFRP板;在裂纹扩展的早期进行疲劳加固,可使应力强度因子幅值低于疲劳裂纹扩展阈值;进行表贴板材疲劳加固设计时,可在保证桥面铺装服役性能的前提下适当增大加固板材厚度,获得更好的疲劳寿命延长效果;提出的疲劳加固方法施工简便、效果良好,可为在役正交异性钢桥面的疲劳加固维护提供新的技术选择。