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岩土研究院

钢结构试件设计及测量方法

326 2021-07-01 14:24:58

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试件所用钢材为 Q42OB 低合金高强度结构钢,其力学性能可通过标准材性室温拉伸试验获得,图2-4 为试验得到的应力-应变曲线(曲线末端并非表示试件拉断,而是撤掉引伸计)。每种截面钢材的弹性模量 E、屈服强度/、抗拉强度/、屈服平台末端应变ε。、抗拉强度对应的极限应变ε。以及断后伸长率A分别取 3 个标准材性试件拉伸试验结果的平均值,如表2-3 所示;表中 Y/T为钢材的屈强比。除截面L 180×12 和L 200 ×14的钢材断后伸长率由于安装引伸计时在材性试件侧面施焊而较低外,其他材料力学性能均满足我国《低合金高强度钢材标准》GB/T 1591—2008【9和《建筑抗震设计规范》GB 50011-—20101】的相关要求。截面L 140×12 没有对应的残余应力试件,其力学性能数据主要用于第 3 章的构件性能研究。

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试验采用较为可靠和精确的分割法进行测量。国内外已有的残余应力试验研究表明,测量截面试件的长度不应小于截面高度的3倍,且距离原构件端部要有一定的距离 (至少为 1.5~2.0 倍截面高度),以消除端部影响,从而保证所测量试件的中间一段截面保持残余应力的原始状态。据此,所有试件的长度设计值均为 650mm(满足大于3 倍截面高度即 600mm 的条件)、距离原构件端部为 450mm(大于2 倍截面高度即 400mm)。试件每个分割条带长 260mm,宽10~11mm(具体见表2-2中uo);分割条带两端布置间距为 10 英寸= 254mm(与所用测量设备即 Whittemore 手持应变仪的标距一致)的标孔,用于量测条带分割前后释放的变形。本书以试件 RA200-1 为例,得出了试件具体的分割尺寸以及标孔的位置,如图 2-5 所示。

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为了在制备标孔过程中尽量减少热量输入,以免影响截面残余应力分布的原始状态,试验采用电钻进行冷加工。图2-6(a)、(b)分别为钻透和未钻透标孔的详细尺寸。试验中角钢肢板绝大部分区域的标孔均钻透,只有肢背处标孔无法钻透。

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参考已有的试验研究,本试验采用 Whittemore 手持应变仪(如图1-28 所示)进行测量。试件横向分段和纵向分割条带均采用电火花数控线切割机床进行加工,从而保证在切割过程中没有热输入,避免切割过程热量干扰截面残余应力分布的原始状态。线切割机床为 DK77-Z 系列(DK7732)快走丝机床。

电火花线切割加工(WEDM)的优点是切缝窄、金属去除量少、材料利用率高。在切割时细金属导线电极丝(通常为铜丝或钼丝,直径为 0.2~0.25mm,本试验采用钼丝)对工件进行脉冲火花放电产生局部电腐蚀现象,在宏观上看是轻压放电;瞬时的脉冲性放电使产生的热量来不及传导扩散到其余部分,保证每次的放电蚀除点均被局限在很小的范围内;因此宏观上线切割的热输入量极小,并不影响试件残余应力的原始分布状态。

试验主要测量试件上每个分割条带标孔的间距变化。由于截面纵向分割条带后残余应力得到释放,条带标孔的间距会发生明显变化,根据手持应变仪记录的读数可以得到间距变化的具体值,即释放的应变,继而根据线弹性假定算得该条带对应的残余应力大小。测量的主要步骤如图 2-7 和图2-8 所示,具体如下∶

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(1)在距角钢原构件端部450mm 的位置切取 650mm 长的试件,编号并钻孔,如图 2-7 和图2-8(a)所示。孔的横向间距取决于设计分割条带的宽度,靠近角钢肢背处的孔无法钻透;孔边要有倒角,孔要垂直,如图2-6 所示。

(2)用 Whittemore 手持应变仪测量所有标孔间距,记录读数 r1。

(3)从试件中部横向切取 260mm 长的试件,再测各标孔间距读数 r,,如图 2-7 和图 2-8(b)所示。读数r,作为中间测量数据,在本书中仅用于校核读数rj。

(4)将试件纵向分割条带,测量各对标孔间距读数r,,如图2-7和图2-8(c)所示。

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