Q890高强钢高温力学性能研究

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高强度钢(屈服应力≥460 MPa)已广泛地被应用于高层建筑、大跨度建筑和桥梁中。相对于低碳钢构件而言,高强钢构件具有许多优势,如更轻的自重和更小的构件尺寸可节约运输和安装成本、增加建筑使用面积以及满足一些特殊建筑结构的设计要求;钢板厚度的减小能降低焊接难度和工作量;更重要的是,由于较少地使用钢材,从而能大幅度减少冶炼钢材所消耗的矿产资源以及对生态环境的破坏。但是钢材耐火、耐热性能差,在较高温度时(通常在600℃以上),钢材强度会显著降低,一旦发生火灾,钢结构的承载力可能会在短时间内下降而发生破坏,从而可能会造成严重的人员伤亡以及经济损失。火灾下钢材的力学性能是进行火灾下钢结构性能评估的基础,因此,对钢材进行火灾下的力学性能研究十分有必要。考虑到火灾后钢结构的损伤可能在标准允许范围内,结构没有发生破坏,及材料性能退化可能不太严重,钢结构可继续使用,为避免对结构拆除或者重建造成资源的浪费,此时需对火灾后钢结构的性能进行评估,而评估火灾后结构的安全性需要以火灾后钢材的力学性能为基础。目前国内外不少文献对不同种类高强钢的高温性能进行了研究,但对Q890高强钢高温性能的研究还很少见。基于此,本文对高温下Q890高强钢和高温后的力学性能进行了研究,具体研究内容如下:(1)开展了高温后Q890高强钢力学性能试验研究。对Q890高强钢开展了高温后的拉伸试验,得到了不同温度(200℃~1000℃)、不同冷却方式(自然冷却和浸水冷却)下Q890高强钢的表观现象,应力-应变曲线及各项力学性能指标,并将试验结果与其它钢材高温后的力学性能进行比较。基于试验结果,提出了各项力学性能指标折减系数的预测公式。通过与试验结果对比,验证了预测公式的准确性。(2)开展了高温稳态拉伸下Q890高强钢考虑颈缩的真实应力-塑性应变曲线本构模型研究。利用现有文献的试验数据,采用ANSYS中LS-DYNA计算模块,通过有限元仿真与逆向方法得到高温下Q890高强钢拉伸断裂全过程的真实应力-塑性应变曲线,并进一步通过拟合得到其本构模型,为高温下结构的力学性能模拟及倒塌分析提供基础。(3)开展了Q890高强钢高温蠕变性能试验研究。在恒温恒载下,对Q890高强钢在400℃、500℃、600℃和700℃这四个温度下开展高温蠕变试验,每个温度保证3个应力比(0.45~0.95)。通过试验,得到了各个温度及应力比下的蠕变曲线、蠕变速率曲线以及蠕变过程的3个阶段。利用Field&Field蠕变模型,基于蠕变试验数据,拟合得到Q890高强钢的Field&Field蠕变模型的参数。通过与试验曲线对比,验证了模型的准确性。
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