高溫條件下q235鋼性能試驗(yàn)研究

高溫條件下q235鋼性能試驗(yàn)研究

在現(xiàn)代建筑中，鋼結(jié)構(gòu)建筑越來(lái)越多。通常,鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面寬展、狹長(zhǎng),鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)大,強(qiáng)度、彈性模量等指標(biāo)在高溫下急劇降低。因此,一旦發(fā)生火災(zāi),可能造成巨大危害,因而,鋼結(jié)構(gòu)抗火性能的研究已經(jīng)成為工程界迫切需要解決的問(wèn)題,了解鋼結(jié)構(gòu)中常用的Q235鋼在高溫下的力學(xué)性能顯得尤為重要。我國(guó)進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)范采用的是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的ISO834標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線,圖1是火災(zāi)升溫時(shí)溫度-時(shí)間關(guān)系。高溫下鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系一般通過(guò)材料性能實(shí)驗(yàn)得到,試驗(yàn)方法分為恒溫加載和恒載加溫兩種。恒溫加載是把鋼材加熱至某一溫度水平,在一段時(shí)間內(nèi)保持溫度不變,使其內(nèi)外溫度趨于一致,然后加載測(cè)定鋼材的強(qiáng)度。在實(shí)際工程中,建筑結(jié)構(gòu)是先承受荷載,鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)前已產(chǎn)生了一定的應(yīng)力,進(jìn)而達(dá)到臨界溫度而破壞,恒載加溫就是模擬這種破壞狀態(tài)。1試驗(yàn)總結(jié)1.1試驗(yàn)的目獲得不同溫度下Q235鋼的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、彈性模量、伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能指標(biāo)。1.2試驗(yàn)條件和過(guò)程1.2.1實(shí)驗(yàn)加載和控制高溫(火災(zāi))條件下鋼材性能試驗(yàn)在微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。本試驗(yàn)所用的試驗(yàn)機(jī)最大加載能力為1000kN,加載精度為±1%,實(shí)驗(yàn)配有1臺(tái)型號(hào)為GDX的高低溫箱,最低降溫為-70℃,最高可達(dá)650℃,控制精度為±1℃?？梢酝瓿珊銣丶虞d和恒載加溫試驗(yàn),并由實(shí)驗(yàn)機(jī)自動(dòng)記錄Q235鋼試件單向拉伸的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線,能夠基本滿足試驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟆?.2.2設(shè)計(jì)并制作的夾具試件材料為Q235鋼,試件形狀和尺寸如圖2示。試件標(biāo)距為50mm,直徑為10mm,兩端用螺紋與耐高溫鋼材制作的夾具相連。試驗(yàn)結(jié)果中測(cè)得的變形包括夾具的滑移和膨脹變形的影響,試件加載條件依照《金屬高溫拉伸試驗(yàn)方法》(GB4338-84)和《金屬拉伸試驗(yàn)方法》(GB228-87)的有關(guān)規(guī)定。1.2.3溫度點(diǎn)的確定試驗(yàn)分Q235鋼材恒溫加載、恒載加溫兩類。恒溫加載分10組進(jìn)行,每組3根試件,試驗(yàn)溫度依次為16℃(常溫)、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、和600℃共10個(gè)溫度點(diǎn);恒載加溫分4個(gè)組進(jìn)行,每組3根試件,恒載強(qiáng)度值分別為:0.8fy、0.95fy、1.05fy和0.9fu。2試驗(yàn)和總結(jié)加熱加載過(guò)程、現(xiàn)象和結(jié)果2.1試驗(yàn)加載試驗(yàn)第1組為常溫加載試驗(yàn)。先把試件旋入帶螺紋的夾具,然后將試件、夾具一起放入筒式高溫爐中進(jìn)行固定。進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量時(shí),應(yīng)變速率控制在0.001/min,加載至試件破壞,記錄下試件在常溫下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、屈服強(qiáng)度(σs)、極限強(qiáng)度(σb)、彈性模量(E)、極限應(yīng)變(ε)、延伸率(δ)和斷面收縮率(ψ),以獲得Q235鋼在常溫下的力學(xué)性能指標(biāo)。第2~10組為高溫加載試驗(yàn)。先將試件置于高溫爐中,以0.8℃/s~0.9℃/s速率加熱試件,升溫到指定溫度,保持5min,再開始對(duì)試件加載,應(yīng)變速率控制在0.005/min,加載直至試件破壞。依次記錄各溫度段的特征數(shù)值。2.2不同溫度下的試驗(yàn)結(jié)果的表觀特性不同溫度段試件所表現(xiàn)出的表觀特征有很大差別,描述見表1。2.3符合極限強(qiáng)度的特性Q235鋼在恒溫加載試驗(yàn)條件下的力學(xué)性能與常溫下有很大的不同,試驗(yàn)結(jié)果見圖3。高溫下各溫度段與常溫下的力學(xué)性能指標(biāo)的對(duì)比見表2。從表3中可以看出,在火災(zāi)條件下,Q235鋼的力學(xué)性能與常溫下有很大的不同,一般來(lái)說(shuō),Q235鋼隨著溫度的升高塑性會(huì)增大,但是當(dāng)溫度升高到低塑性區(qū)域(藍(lán)脆區(qū)、相變區(qū)和過(guò)燒溫度區(qū))時(shí),會(huì)使Q235鋼的塑性降低。如溫度在250℃~300℃時(shí),Q235鋼由于“藍(lán)脆”現(xiàn)象,塑性最低。因此,隨著溫度的升高,Q235鋼的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)情況的變化有如下規(guī)律:1)屈服強(qiáng)度、彈性模量均隨著溫度的升高而降低,到600℃時(shí),屈服強(qiáng)度只有常溫的20.4%,彈性模量只有常溫的17.2%,但此時(shí)結(jié)構(gòu)已破壞;2)極限強(qiáng)度先隨溫度的升高而升高,200℃時(shí)達(dá)到最大值,是常溫下極限強(qiáng)度的123%,200℃后,隨著溫度升高而降低,600℃時(shí)是常溫下極限強(qiáng)度的23.4%;3)極限應(yīng)變、延伸率、斷面收縮率具有相同特性,先隨溫度升高而降低,250℃~300℃時(shí)最小,分別為常溫下的60.6%、79.3%和72.0%,250℃~300℃后,極限應(yīng)變、延伸率、斷面收縮率隨著溫度的升高而升高,在600℃時(shí)分別是常溫下的119.1%、128.1%和109.9%。3單元加熱試驗(yàn)過(guò)程、現(xiàn)象和結(jié)果分析3.1試驗(yàn)件的加載恒載加溫試驗(yàn)是將試件置于高溫爐中,以0.1kN/s的加載速率加載,直至試件達(dá)某一荷載水平后,維持該荷載值不變,然后以約0.8℃/s~0.9℃/s的速率加熱試件,直至試件破壞,記錄試件破壞時(shí)的溫度及變形值。3.2試驗(yàn)結(jié)果恒載加溫試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果見表3所示。3.3恒載升溫試驗(yàn)恒載加溫試驗(yàn)中,加載后的試件產(chǎn)生一定的變形,隨著溫度升高,材料會(huì)產(chǎn)生一定的熱膨脹,同時(shí)彈性模量變小,變形進(jìn)一步發(fā)展。恒載加溫試驗(yàn)中荷載作用時(shí)間長(zhǎng),材料的蠕變得到了充分的發(fā)展。由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)不夠充分,還不足以充分解釋恒載加溫試驗(yàn)狀況下,Q235鋼的強(qiáng)度數(shù)值變化上的具體差異,恒載加溫試驗(yàn)中試件的破壞溫度與應(yīng)力的關(guān)系是:1)試件應(yīng)力水平較低時(shí),破壞時(shí)的溫度較高;2)試件應(yīng)力水平較高時(shí),破壞時(shí)的溫度較低。4恒載溫對(duì)qp3鋼力學(xué)性能的影響基于對(duì)建筑用Q235鋼恒溫加載和恒載加溫的試驗(yàn)研究,得到以下結(jié)論:1)建筑用Q235鋼在恒溫加載條件下強(qiáng)度比恒載加溫達(dá)到同樣溫度時(shí)的強(qiáng)度低;2)在恒溫加載過(guò)程中,恒溫的時(shí)間越長(zhǎng),屈服