高强度钢材焊缝连接接头静力和疲劳性能试验研究

【摘要】：我国现行《钢结构设计规范》(GB50017-2003)对抗拉强度超过420MPa高强度结构钢材的焊接连接设计方法、焊条选用原则、强度指标和构造未做出规定,因此,本文对高强度钢材焊缝连接力学性能进行了试验研究和数值模拟。重点研究了不同匹配下焊缝连接的强度、延性和冲击韧性等力学性能,同时对不同焊缝型式连接的疲劳性能与中国钢规和美国钢规进行对比。针对国产Q460D同种钢以及Q460D与Q345异种钢对焊连接,在低强和等强两种匹配下,本文设计了四组共12个试件,重点研究了焊后试件的力学性能,分析了焊接接头热影响区、焊缝和母材各区域的力学性能变化。同时,采用对更高强度级别的国产Q690D高强钢在不同匹配下的力学性能进行研究,为国产高强度结构钢材焊接接头的性能评价、焊材选用标准提供科学依据。本文对Q460D及Q690D高强钢对焊接头的低温冲击韧性进行研究。制备焊缝区及热影响区的标准冲击试件,进行不同温度下的冲击试验。分析在低强和等强两种匹配下,焊缝区和热影响区的冲击功随温度的变化规律,同时,利用Boltzmann函数对冲击功随温度变化关系进行回归分析,得到焊缝区和热影响区的韧脆转变温度。针对钢结构中广泛应用的对接焊缝和十字角焊缝,本文设计Q460D母材、对接焊缝以及十字角焊缝接头试件进行拉-拉疲劳试验,研究对应的循环次数N与最大应力Smax曲线,与我国《钢结构设计规范》(GB50017-2003)和美国ANSI/AISC360-10《Specification for Structural Steel Buildings》进行对比,对高强钢的疲劳设计参数C、β提出建议。本文对焊接接头热影响区、焊缝区和母材区分别采用试验结果得到的简化折线本构关系,建立高强钢拉伸接头非线性有限元模型,与Q460D和Q690D共8组静力拉伸试验结果进行比较,验证本构的合理性。