地震载荷下钢结构焊接接头断裂行为的研究及评估

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1、摘要钢结构重量轻、抗震性能好，在工业生产领域和高层建筑中得到广泛的应用。但近几次大地震中，许多抗弯钢结构的梁柱焊接节点并未像设计时所预期的那样发挥良好的延性性能，而是出现了脆性破坏，可以看出有一个潜在的危险胜没有考虑。同时，在强烈地震条件下，钢结构将承受剧烈的冲击。钢材对冲击载荷很敏感，它容易受强烈冲击而损伤，从而导致钢结构的强度和承载能力下降。有鉴于此，本文主要模拟地震载荷，对钢结构焊接接头在预应变及动载下的断裂行为等问题进行了一系列的研究。以常用建筑结构钢Q345和Q235B为研究对象，通过不同温度下的夏比冲击试验研究预应变对母材和焊缝冲击性能的影响。结果

2、表明：材料在预应变下无论是母材还是焊缝夏比冲击韧度均有所降低，韧一脆转变温度有所提高。Q345母材和焊缝5％预应变后的韧一脆转变温度均低于OV，10％预应变后低于室温，因此都可在室温下安全使用；而Q235B钢，除5％预应变后的焊缝的韧一脆转变温度较低外，其它经过预应变后的韧一脆转变温均高于室温。为建立客观的材料韧度指标和进行更有效的安全分析时，预应变应作为一个考虑因素。测试了Q345和Q235B母材与焊缝在无预应变与10％预应变下的力学性能，得出随着预应变增加，材料的屈服强度与抗拉强度均有所提高的结论。同时，验证了按公式推导出的预应变与屈服强度的关系与试验结果

3、吻合，并进一步推导出在5％预应变下材料的力学性能。测试了Q345和Q235B两种材料的母材与焊缝在5％预应变和10％预应变静态下的CTOD值，研究预应变对CTOD断裂韧度的影响。对Q345和Q235B在地震载荷作用下的动态断裂韧度与静态断裂韧度进行比较分析。计算不同加载速率下焊缝和母材的CTOD。结果表明，常温下动载对Q345钢焊缝和母材的断裂韧度有利，而对Q235B则产生不利影响。最后，介绍了两种目前最新的危险评估方法，这两种危险评估方法可以使工程技术人员对结构的脆性断裂危险性进行有效的评估，对已遭破坏的结构决定修补措施，从而使危险降至最低程度。并运用该方法

4、对不同预应变下的Q345和Q235B进行评估。可以看出加工制造与检测环节对结构的安全性影响很大；当材料已经有了大的应力／应变，则温度对危险性的影响甚微。建议：对于需要考虑抗震能力的钢结构的重要部件建议采用Q345钢制造。关键词：预应变；冲击韧度；力学性能；动态CTOD；危险评估方法ABSTRACTBecauseofitslightweightandgoodearthquakeresistantperformance，thesteelstructureiswidelyusedintheindustrialfieldsandhi业risebuildings．But

5、inrecentgreatearthquakes，itisbrittlefracturesnottheductilefracturesasexpectedwhendesignedthathappenedintheweldedbeam·-to·-columnconnectionsinmanysteelmomentframes，ItCanbeseenthatapotentialriskfactorhasnotbeenconsidered，Inintensiveearthquake，thesteelstructurewillundertakeasevereimpac

6、twhichthesteelisverysensitiveto．Underthestrenuousimpact，thestructurewillbedamagedeasily．Itwillleadtothefallingofthestrengthsandthebearingcapacityofthestructure．So，themainpurposeofthispaperistoaimthefracturebehaviorunderprestrainanddynamicloadoftheconnectionstoperformextensiveresearc

7、h．TheeffectsofprestrainontheimpacttoughnessofbasemetalandweldmetalofstructuralsteelsQ345andQ235BwereinvestigatedexperimentallybyuseoftheCharpynotchimpacttestatdifferenttestingtemperatures．Theresultsofthetestsshowthat：theimpacttoughnessofbothbasemetalandweldmetaldecreaseswithdecreasi

8、ngtemperatureandthe