Experimental Study on Mechanical Properties of Q690 High-Strength Steel after High Cycle Fatigue Damage

Through the static tensile test of Q690 high-strength steel, the relevant mechanical parameters are obtained and the maximum fatigue load is determined. The fatigue life is measured by the fatigue test under the load. According to the fatigue cumulative damage method, the number of fatigue pre-damage vibration is designed in proportion. Then the fatigue pre-damage test is carried out on the high-strength steel, the stress-strain curve and the variation of residual mechanical property reduction coefficient with fatigue damage were drawn. The results show that: compared with the undamaged specimens, the yield strength and tensile strength of Q690 steel are less affected by fatigue damage, but the elongation changes more significantly, and the elastic modulus is not significantly affected. Finally, through the change of mechanical properties of Q690 high-strength steel with different fatigue damage, it provides a scientific basis for the performance evaluation of existing Q690 high-strength steel structure after fatigue damage.

Q690高强钢管轴心受压局部稳定性研究

通过对Q690高强钢的材性试验及8组24根Q690高强钢管试件进行轴心受压局部稳定试验,研究了高强钢的力学性能参数及高强钢管在轴心受压下的局部失稳破坏模式和极限承载力。采用ANSYS软件对Q690高强钢管局部屈曲进行有限元模拟,计算中考虑了钢管局部几何缺陷和残余应力的影响。分析了我国和国外规范中关于钢管轴心受压局部稳定的有关计算规定,将试验与数值分析结果及相关规范计算结果进行对比,并且给出了Q690高强钢管径厚比限值及强度折减公式。

Q690高强钢冷成型方钢管柱轴心受压整体稳定性能试验研究

建筑业去碳化的策略之一是提高工程设计效率以降低对建材用量的需求。近年来,得益于高强钢生产技术的进步,使得这一构想成为可能。高强钢在结构工程中的有效使用可以减少构件尺寸和用钢量以及随后的制造、运输和施工成本,这些将有助于节约资源和减少碳排放。与普通钢Q355相比,虽然Q690高强钢的屈强比高、断后伸长率低,但是其具有优异的比强度。Q690高强钢的这些特性会对结构性能产生较大影响。因此,量化这些特性对结构性能的影响,对于确认其在建筑结构中的适用性非常重要。目前主要的钢结构设计规范中的轴压构件整体稳定承载力计算方法主要是参照普通碳钢Q235和Q355的研究数据而开发的,对于Q690高强钢是否适用,还须进一步验证。因此非常有必要检查这些设计方法对于采用各种制造工艺制造的Q690高强钢轴心受压构件的适用性。为研究Q690高强钢冷成型方钢管柱轴心受压的整体稳定性能,共设计8个试件,包括4种截面尺寸和8种长细比,6 mm和10 mm两种板厚,并通过轴心受压试验对其整体稳定性能进行了研究。试验前对试件的几何初弯曲和荷载初偏心以及截面的纵向残余应力分布均进行了测量。残余应力测量结果显示冷成型方形截面焊缝处的内外表面均存在较大的残余拉伸应变,在截面转角区的外表面和内表面分别存在显著的残余拉伸和压缩应变。轴心受压下所有试件失稳模式均为整体弯曲失稳。将试验结果同中国设计规范GB 50017—2017《钢结构设计标准》和欧洲规范Eurocode 3计算结果进行了对比。结果表明:根据中国规范和欧洲规范建议的设计曲线计算结果均偏于保守,且中国规范建议设计曲线相比欧洲规范更为保守。根据试验结果和设计规范中各柱设计曲线的对比结果,建议采用中国规范和欧洲规范中的a类柱子曲线设计此类Q690高强钢冷成型方钢管柱。

圆形Q690高强钢管混凝土轴压短柱试验研究

圆形钢管混凝土可以充分发挥钢管和混凝土的组合作用,使得钢管混凝土承载力和延性得到明显提升,因而广泛应用于工程结构中。将高强钢应用于钢管混凝土柱,可以减小构件尺寸和自重,使结构在节省材料用量的同时获得更大的可用空间,更加经济环保。然而,现行钢管混凝土设计规范主要是依据普通钢材强度等级的研究成果制定的,对采用高强钢的钢管混凝土的适用性尚未可知。此外,针对高强钢管混凝土短柱轴压性能,现有研究主要关注其在承载时的结构性能,而很少关注钢管和内填混凝土在不同变形阶段分别承担轴力的贡献。因此,基于试验对高强钢管混凝土短柱的轴压性能展开了研究。首先,对6个短柱进行了轴压试验,包括3个钢管混凝土试件和3个纯钢管试件。主要的试验参数为钢材强度等级,包括Q355,Q460和Q690。之后,基于试验结果,分析了试件的破坏形态、荷载-位移曲线、承载力以及钢管和内填混凝土的轴力贡献。最后,探讨了现行设计规范对圆形钢管混凝土轴压短柱承载力的适用性。试验结果表明:所有纯钢管和钢管混凝土试件均表现出了良好的延性;由于混凝土的存在,钢管混凝土的承载力比纯钢管的承载力提高了30%以上。基于纯钢管和钢管混凝土的应变分析结果,分离了钢管混凝土钢管和内填混凝土的轴力贡献。结果表明:钢管提供的约束作用使得混凝土所承担的轴力明显增加,且钢材强度等级越高,混凝土轴力提高效果越明显;尽管钢管提供了横向约束作用,但其轴力贡献与其屈服承载力相比未明显折减。试验结果和规范预测结果的对比分析表明:现行中国规范GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》可以有效预测采用普通强度钢材的钢管混凝土试件的承载力,但当钢管采用高强度钢材时,规范将给出过于保守或偏于危险的预测结果;现行欧洲规范(EN 1994-1-1)中的截面承载力计算方法对采用普通钢和高强钢的钢管混凝土试件均给出了合理且偏于安全的承载力预测值,仍可以适用于Q690高强钢管混凝土,但该规范低估了钢管的轴力贡献,高估了内填混凝土的轴力贡献。