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钢结构角焊缝抗剪疲劳性能的试验研究

工程力学 2018年第4期35卷 61-68页

作者：王元清顾浩洋廖小伟土木工程安全与耐久教育部重点实验室清华大学土木工程系北京100084

国内外学者对钢结构的焊缝连接在名义正应力荷载条件下的疲劳性能进行了广泛的研究,但是所见文献中对焊缝在名义剪切应力下的疲劳性能研究较少。为此,以Q345B钢材制作了原状处理的侧面和正面角焊缝连接的2组板材试件,采用高频疲劳试验... 详细信息

国内外学者对钢结构的焊缝连接在名义正应力荷载条件下的疲劳性能进行了广泛的研究,但是所见文献中对焊缝在名义剪切应力下的疲劳性能研究较少。为此,以Q345B钢材制作了原状处理的侧面和正面角焊缝连接的2组板材试件,采用高频疲劳试验机进行常温剪切疲劳试验,并进行数据拟合。试验结果发现:该文试验中的2类焊接试件的疲劳试验结果具有非常大的离散性。由中国钢结构规范GB 50017—2017得到的200万次下的疲劳强度值比侧面角焊缝试验拟合曲线计算得到的值小,两者曲线吻合较好;正面角焊缝试验所得疲劳强度高于各国规范;正面角焊缝接头抗剪切疲劳强度高于侧面角焊缝接头;正面角焊缝疲劳破坏形式为贯通焊缝裂纹,侧面角焊缝为焊趾向热影响区延伸裂纹。研究结果表明:现有中国规范评价侧面和正面角焊缝剪切性能都偏于安全,但是使用规范推荐的曲线评估侧面角焊缝剪切疲劳性能较为合适。

关键词：钢结构抗剪疲劳角焊缝 S-N曲线规范对比

低温环境下桥梁钢Q345qD疲劳裂纹扩展行为研究

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工程力学 2018年第10期35卷 85-91页

作者：廖小伟王元清石永久陈宏土木工程安全与耐久教育部重点实验室清华大学土木工程系北京100084 清华大学建筑设计研究院有限公司北京100084

为了明确在寒冷地区服役桥梁钢的疲劳裂纹扩展行为,以16 mm厚桥梁钢Q345qD为研究对象,完成了室温和低温下的夏比冲击韧性试验、疲劳裂纹扩展速率试验和疲劳裂纹扩展门槛值试验。结果表明,夏比冲击功和试样断口剪切断面率随温度的降低而... 详细信息

为了明确在寒冷地区服役桥梁钢的疲劳裂纹扩展行为,以16 mm厚桥梁钢Q345qD为研究对象,完成了室温和低温下的夏比冲击韧性试验、疲劳裂纹扩展速率试验和疲劳裂纹扩展门槛值试验。结果表明,夏比冲击功和试样断口剪切断面率随温度的降低而减少;在应力比0.1、0.2和0.5条件下,疲劳裂纹扩展速率均随温度降低而变缓,该桥梁钢的疲劳韧-脆转变温度点在-60℃以下;在室温^-60℃,其裂纹扩展速率均对应力比的变化不敏感;应力比0.1条件下的疲劳裂纹扩展门槛值随温度的降低有略微增大的趋势。该批次桥梁钢表现出了良好的抵抗低温疲劳裂纹扩展性能,防止低温脆性破坏成为疲劳设计的重点;试验数据能为钢结构桥梁的进一步抗低温疲劳和防低温冷脆断裂设计提供参考。

关键词： Q345qD桥梁钢疲劳裂纹扩展低温门槛值韧-脆转变温度

刚果(布)Loukouni桥关键细节的疲劳试验研究

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天津大学学报(自然科学与工程技术版) 2016年第S1期49卷 10-16页

作者：王元清陈蕴威廖小伟任剑波武电坤李俊清华大学土木工程系土木工程安全与耐久教育部重点实验室中铁工程设计咨询集团有限公司中国建筑股份有限公司中交第二公路勘察设计研究院有限公司中铁第四勘察设计院集团有限公司

随着交通流量的增大,疲劳破坏已经成为钢结构桥梁主要考虑的失效模式之一.为了避免疲劳造成的损伤破坏问题,针对新建的一座上承式钢箱拱桥Loukouni桥,选取了拱肋和横撑处的2个典型疲劳构造细节进行了疲劳试验,分析了2种疲劳构造细节的... 详细信息

随着交通流量的增大,疲劳破坏已经成为钢结构桥梁主要考虑的失效模式之一.为了避免疲劳造成的损伤破坏问题,针对新建的一座上承式钢箱拱桥Loukouni桥,选取了拱肋和横撑处的2个典型疲劳构造细节进行了疲劳试验,分析了2种疲劳构造细节的失效模式;针对2种疲劳细节得到了相应的名义应力-寿命曲线,并与各国规范中的曲线进行了比较.结果表明,拟合出的名义应力-寿命曲线与中欧两种规范给出的直线拟合度较高,能够很好地反映疲劳细节的疲劳性能,可应用于类似工程的相关疲劳细节中,为后续桥梁疲劳性能研究提供技术支持.

关键词： Loukouni大桥疲劳细节试验研究名义应力-寿命曲线疲劳规范

高强度钢框架梁柱节点焊接构造的断裂性能试验研究

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工程力学 2018年第5期35卷 54-64页

作者：刘希月王元清石永久谭清华国防科学技术大学指挥军官基础教育学院土木工程系长沙410072 清华大学土木工程系北京100084

为研究高强度钢材焊缝连接在实际节点构造中的断裂性能,选取代表实际梁柱节点局部焊接构造的十字型焊接接头试件,采用对接熔透焊和角焊缝两种焊缝类型,完成了20个高强度钢材典型焊接构造在单调拉伸和往复加载下的断裂性能试验,研究了高... 详细信息

为研究高强度钢材焊缝连接在实际节点构造中的断裂性能,选取代表实际梁柱节点局部焊接构造的十字型焊接接头试件,采用对接熔透焊和角焊缝两种焊缝类型,完成了20个高强度钢材典型焊接构造在单调拉伸和往复加载下的断裂性能试验,研究了高强钢焊接构造断裂机理,探讨了焊缝类型、荷载类型及钢材强度对典型构造细节断裂性能的影响。研究结果表明,焊缝类型对高强钢焊接构造断裂性能有较大影响,拉-卸载作用导致高强钢焊接节点热影响区材料损伤开裂,往复加载幅值越大,高强钢焊接节点的缺陷敏感性越大,越容易发生断裂失效。试验得到对接熔透焊和角焊缝试件在单调拉伸和往复加载下的断裂临界伸长量和临界荷载,为发展高强度钢材节点焊缝区域的断裂分析模型提供依据。

关键词：高强度钢材节点焊接构造断裂性能试验研究

高强度钢框架梁柱节点低周疲劳断裂性能试验研究

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建筑结构学报 2018年第2期39卷 28-36页

作者：刘希月王元清石永久谭清华国防科学技术大学指挥军官基础教育学院湖南长沙410072 清华大学土木工程系北京100084

高强度钢结构节点的低周疲劳断裂性能是影响其抗震性能的关键因素,对于高强度钢结构的抗震设计及其在抗震区的推广应用至关重要。为研究受强震作用高强度钢结构节点的低周疲劳断裂性能,完成了4个高强钢框架栓-焊混接梁柱节点足尺试件的... 详细信息

高强度钢结构节点的低周疲劳断裂性能是影响其抗震性能的关键因素,对于高强度钢结构的抗震设计及其在抗震区的推广应用至关重要。为研究受强震作用高强度钢结构节点的低周疲劳断裂性能,完成了4个高强钢框架栓-焊混接梁柱节点足尺试件的低周疲劳往复加载试验,包括2种不同的焊接孔形式和4种焊接工艺,测得各试件的断裂失效模态及承载性能。基于试验结果,分析了焊接工艺细节及焊接孔形式、钢材强度对高强钢框架梁柱节点断裂性能的影响,研究了这类节点的断裂失效机制。结果表明：当采用有效的构造改进措施,且翼缘焊缝质量得以保证时,高强度钢框架梁柱节点破坏前能承受较大的塑性变形,断裂性能良好。

关键词：高强度钢材梁柱节点低周疲劳拟静力试验断裂性能

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钢材低温力学性能变化规律的灰色预测方法

沈阳建筑大学学报（自然科学版） 2014年第6期30卷 971-979页

作者：王元清周燕戴国欣石永久刘胥清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084 中国建筑西北设计研究院有限公司陕西西安710018 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆大学土木工程学院重庆400045

目的验证灰色预测系统非等间距GM(1,1)模型对钢材低温力学性能预测的准确性与有效性,以保证钢结构工程服役于低温工作环境的安全性与可靠性.方法应用灰色相关理论,提出基于积分构造背景值的非等间距GM(1,1)预测模型,并用MATLAB对所构建... 详细信息

目的验证灰色预测系统非等间距GM(1,1)模型对钢材低温力学性能预测的准确性与有效性,以保证钢结构工程服役于低温工作环境的安全性与可靠性.方法应用灰色相关理论,提出基于积分构造背景值的非等间距GM(1,1)预测模型,并用MATLAB对所构建的预测模型编写程序,以常用的钢材(Q235、16Mn、15Mn V、16Mnq、14Mn Nbq)在低温下的力学性能试验数据为初始序列进行灰色预测试验研究.结果力学试验结果表明钢材在低温工作环境中,其主要力学性能指标:屈服强度fy和极限强度fu随温度的降低而提高;断后伸长率δ和断面收缩率ψ随温度的降低而降低;预测结果显示该非等间距GM(1,1)模型预测精度均为一级,小概率误差均为1,最大相对误差2.5%,数据拟合精度高达97.5%.结论非等间距GM(1,1)模型对钢材低温力学性能预测方法精度高,具有很好的工程应用价值.

关键词：低温力学性能灰色预测非等间距GM(1,1)模型背景值优化 MATLAB

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刚果(布)Djoué组合梁桥施工过程仿真

沈阳建筑大学学报（自然科学版） 2016年第3期32卷 404-410页

作者：王元清陈蕴威宗亮韦笑美任剑波李俊清华大学土木工程系北京100084 中铁工程设计咨询集团有限公司北京100055 中国建筑股份有限公司北京100000 中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430052

目的对刚果(布)1号公路二期工程Djoué组合梁桥的施工阶段受力进行研究,验证施工过程中的结构是否处于安全状态.方法对该桥的施工过程,计算模型和参数进行介绍,并采用大型通用有限元软件ANSYS的"生死单元"技术实现对该桥的施工过程仿真... 详细信息

目的对刚果(布)1号公路二期工程Djoué组合梁桥的施工阶段受力进行研究,验证施工过程中的结构是否处于安全状态.方法对该桥的施工过程,计算模型和参数进行介绍,并采用大型通用有限元软件ANSYS的"生死单元"技术实现对该桥的施工过程仿真分析,比较了不同施工阶段的受力情况.结果按照考虑施工过程计算出的钢梁应力为105 MPa,钢梁位移为57.524 mm.针对考虑施工过程和直接计算结果进行比较,在应力结果方面,两种方法所得结果十分接近,而在位移结果方面,两种方法存在相对明显的区别,考虑施工过程计算出的位移要大于不考虑施工过程计算出的位移.结论对结构进行施工过程分析时,施工阶段的划分应尽量做到详细而准确,力求对施工全过程的数值模拟结果更加精确.对于Djoué桥这类跨度适中的钢混组合桥,可采用直接计算方法得到成桥后的桥梁受力状态,并参考本例对所得的位移结果进行一定放大.

关键词： Djoué桥 ANSYS 生死单元施工过程

基于SINTAP-FAD方法的含裂纹缺陷钢结构构件安全性评定研究

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工程力学 2017年第5期34卷 42-51页

作者：王元清廖小伟周晖石永久陈健陵叶国平清华大学土木工程系土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124 东方电气集团东方锅炉股份有限公司四川自贡643001 成都益国工程设计顾问有限公司四川成都610036

在施工和运营过程中,钢结构构件上出现的裂纹缺陷可能会扩展而导致其发生断裂破坏,因此对含裂纹缺陷钢结构构件的安全性进行评估具有重要意义。首先,引入断裂力学K_(IC)断裂判据和失效评定图(FAD)概念,并介绍了结构整体性评估程序(SINT... 详细信息

在施工和运营过程中,钢结构构件上出现的裂纹缺陷可能会扩展而导致其发生断裂破坏,因此对含裂纹缺陷钢结构构件的安全性进行评估具有重要意义。首先,引入断裂力学K_(IC)断裂判据和失效评定图(FAD)概念,并介绍了结构整体性评估程序(SINTAP)的原理;给出了裂纹缺陷评定所需材料参数的确定方法,以及含裂纹缺陷构件的断裂力学参数和塑性屈服荷载的计算方法;然后,提出了基于SINTAP-FAD的含裂纹缺陷钢结构构件的安全性评估流程。最后,以华南和华东两个电厂锅炉钢结构大板梁的焊接缺陷为例,进行了基于K_(IC)断裂判据和SINTAP-FAD的裂纹缺陷安全性评定研究。结果表明,基于SINTAP-FAD的方法为含裂纹缺陷工作的钢结构构件的安全性评估提供了一种行之有效的方法,考虑多裂纹耦合作用的安全性评定方法有待进一步研究。

关键词：钢结构构件裂纹缺陷断裂力学结构整体性评估程序安全性评定

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高强钢Q460C对接焊缝低温冲击韧性试验

沈阳建筑大学学报（自然科学版） 2015年第6期31卷 971-980页

作者：王元清林云石永久土木工程安全与耐久教育部重点实验室清华大学土木工程系北京100084 福州外语外贸学院工程系福建福州350202

目的研究焊接高强度钢材Q460C低温下的断裂性能特征,以获得其对接焊件韧性受低温变化影响的规律,为此种钢材在低温环境下的应用提供试验依据.方法制备焊缝区及热影响区标准冲击试件,利用力学实验室低温环境保温箱及SANS型号摆锤式冲击... 详细信息

目的研究焊接高强度钢材Q460C低温下的断裂性能特征,以获得其对接焊件韧性受低温变化影响的规律,为此种钢材在低温环境下的应用提供试验依据.方法制备焊缝区及热影响区标准冲击试件,利用力学实验室低温环境保温箱及SANS型号摆锤式冲击试验机设备,对不同温度点下的试件进行冲击试验;并对试验数据用玻尔兹曼函数拟合,且对冲击试件断口电镜扫描分析.结果热影响区和焊缝区冲击韧性均随温度降低的下降而降低,而且热影响区的冲击功值较焊缝区的低;-60℃与-40℃温度下冲断的断口均呈现出显著的脆断特征.结论 Q460C高强度钢材焊缝区与热影响区有较明显的低温冷脆倾向.

关键词：高强度钢材冲击韧性对接焊缝热影响区韧脆转变温度低温