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岩土研究院

高强度结构钢材的静力力学性能

374 2021-07-01 14:16:55

结构钢材的静力拉伸力学性能指标包括弹性模量、泊松比、强度(屈服强度、抗拉强度)、屈强比、延性(断后伸长率、截面收缩率)、塑性 (如应变比)等。各国钢材材料标准为满足工程应用需求,保证安全性,针对其中一些指标作了定量的限值规定,如表1-7所示。

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此外,美国荷载与抗力系数桥梁设计规范(AASHTO LRFD Bridge Design Specifica- tions)鼓励应用高性能钢材,包括下屈服强度为 250~690MPa、对应抗拉强度为 400~ 760MPa、屈强比 Y/T在0.63~0.91 之间的钢材。加拿大公路桥梁设计规范 CAN/CSA- S6-06 建议采用弹性设计,因而对钢材屈强比 Y/T 不做要求。英国可焊接结构钢材规范 BS 4360∶ 1990 中未对钢材屈强比 Y/T提出限值。热轧和焊接截面建筑钢结构设计规范 BS 5950-1∶ 2000 中仅对钢材的设计强度做了规定。日本 JIS G 3136∶ 2005 工业标准对部分型号的高性能 SN 钢有屈强比的限值要求,日本建筑结构用高性能钢材 SA440(590MPa)的屈强比上限为 0.8,且屈服点波动不超过100MPal'n。

可以看出,大多数国家钢结构设计规范或材料标准对钢材屈强比 Y/T作出了明确的限值规定,且多集中在0.80~0.85 之间;欧洲规范的最大,为0.91,对于高强度钢材放松到0.95;美国规范 ANSI/AISC 360-10 没有直接限制屈强比,但通过限制允许使用钢材的强度等级间接控制了钢材的材料性能。各国规范对最低伸长率的限值集中在 15%~20% 之间。由于新型高强度结构钢材特有的生产工艺,其屈强比提高、断后伸长率有所降低,这些力学性能指标的限值要求,可能会限制高强度钢材钢结构的工程应用。欧洲钢结构设计规范 EN 1993-1-1 和 EN1993-1-12 对钢材屈强比和伸长率的限值最为宽松,这对促进高强度钢材的工程应用和提高钢结构效能非常有利,但同时也缺乏相应的研究工作。

本节通过总结国内外高强度结构钢材的材性试验数据,从应力-应变曲线、屈强比和钢材延性三个方面研究其力学性能特点,特别是与普通强度钢材材性的区别以及随钢材强度变化的规律,为进一步研究高强度钢材钢结构的受力性能和钢材材性对构件和结构安全的影响提供基础条件,也为数值模拟研究提供安全、合理的材料本构模型。