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国产Q355钢材高温冷却后力学性能试验研究

张春涛 李海 于伟

张春涛, 李海, 于伟. 国产Q355钢材高温冷却后力学性能试验研究[J]. 钢结构(中英文), 2023, 38(3): 13-23. doi: 10.13206/j.gjgS22110104
引用本文: 张春涛, 李海, 于伟. 国产Q355钢材高温冷却后力学性能试验研究[J]. 钢结构(中英文), 2023, 38(3): 13-23. doi: 10.13206/j.gjgS22110104
Chuntao Zhang, Hai Li, Wei Yu. Experimental Research on Post-Fire Mechanical Properties of Domestic Q355 Steel After Cooling from High Temperature[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2023, 38(3): 13-23. doi: 10.13206/j.gjgS22110104
Citation: Chuntao Zhang, Hai Li, Wei Yu. Experimental Research on Post-Fire Mechanical Properties of Domestic Q355 Steel After Cooling from High Temperature[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2023, 38(3): 13-23. doi: 10.13206/j.gjgS22110104

国产Q355钢材高温冷却后力学性能试验研究

doi: 10.13206/j.gjgS22110104
基金项目: 

国家自然科学基金项目(51868013,51508482)。

详细信息
    作者简介:

    张春涛,男,1983年出生,博士,教授。Email:zhangchuntao1@126.com

Experimental Research on Post-Fire Mechanical Properties of Domestic Q355 Steel After Cooling from High Temperature

  • 摘要: Q355作为一种新型钢材,凭借其优良的力学性能在我国建筑领域中逐渐广泛运用,但其存在抗火性差的致命缺点,对钢结构建筑存在较大的危险。通过对火灾后的钢结构建筑进行安全性鉴定和承载能力评估,可有效避免因拆除重建而产生的浪费,对其中能予以修复或替换的构件采取相应措施,能较大地节约经济成本。因此,有必要对火灾后的Q355钢材进行残余力学性能研究。为了真实模拟Q355钢材经历火灾及灭火后发生的情形,设置200~900℃及自然冷却、浸水冷却等条件来模拟火灾,并将高温后的Q355钢材进行力学性能试验。借助高温炉、万能试验机及电子引伸计等设备,获得高温冷却后Q355钢材的应力-应变曲线和力学性能参数(屈服强度、抗拉强度、屈强比、弹性模量和伸长率等),并对应力-应变曲线和力学参数受温度及冷却方式的影响规律进行分析,对比分析Q355钢材与Q235、Q460和Q690钢材高温后力学性能的变化规律,利用ORIGIN数据处理软件拟合出Q355钢材在不同冷却方式作用影响下的力学性能数学模型。结果表明:Q355钢材在自然冷却和浸水冷却方式下具有不同的表观特征、破坏模式和力学性能特征;Q355钢材的表面碳化程度随温度的升高而逐渐加深,暴露温度超过600℃时,碳化现象愈加明显,甚至在浸水冷却时,碳化表皮出现剥落;温度未超过600℃时,表观形貌变化特征较小且拉伸试件变形程度较轻,与未经高温试件的表观及变形相似;另外,600℃同时也是Q355钢材残余力学性能改变的临界温度,当温度低于600℃时,Q355钢材力学参数受温度和冷却方式的影响小;温度超过600℃后,Q355钢材力学性能参数随温度和冷却发生改变而显著变化,自然冷却后Q355钢材的屈服强度、抗拉强度和弹性模量均随温度升高而减小,伸长率却随温度升高而增大;温度超过600℃后,Q355钢材经浸水冷却后屈服强度和抗拉强度随温度升高而增大,弹性模量和伸长率却随温度的升高而降低。基于试验结果,建立不同冷却方式下Q355力学性能参数随温度变化的数学模型。
  • [1] 李国强, 王卫永. 钢结构抗火安全研究现状与发展趋势[J]. 土木工程学报,2017,50(12):1-8.
    [2] Zhang C T, Liu Y F, Huang C L. Fatigue performance of Q345 structural steel after natural cooling from elevated temperatures[J/OL]. Journal of Constructional Steel Research, 2021, 184(2021- 07-02)[2021-09-02]. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2021.106811.
    [3] Zhang C T, Wang R H, Song G B. Post-fire mechanical properties of Q460 and Q690 high-strength steels after fire-fighting foam cooling[J/OL]. Thin-Walled Structures, 2020, 156(2020-08-02)[2020-11-03]. https://doi.org/10.1016/j.tws.2020.106983.
    [4] Outinen J, Kesti J, Makelainen P. Fire design model for structural steel S355 based upon transient state tensile test results[J]. Journal of Constructional Steel Research, 1997, 42(3):161-170.
    [5] Makelainen P, Outinen J, Kesti J. Fire design model for structural steel S420M based upon transient-state tensile test results[J]. Journal of Constructional Steel Research, 1998, 48(1):47-57.
    [6] Amin H, Niall S T, Asghar H K, et al. Mechanical properties of very high strength steel at elevated temperatures[J]. Fire Safety Journal, 2014, 64:27-35.
    [7] Qiang X H, Bijlaard F S K, Kolstein H. Post-fire mechanical properties of high strength structural steels S460 and S690[J]. Engineering Structures, 2012, 35:1-10.
    [8] Qiang X H, Jiang X, Bijlaard F S K, et al. Mechanical properties and design recommendations of very high strength steel S960 in fire[J]. Engineering Structures, 2016, 112:60-70.
    [9] 丁发兴,余志武,温海林. 高温后Q235钢材力学性能试验研究[J]. 建筑材料学报,2006, 9(2):245-249.
    [10] 张有桔, 朱跃, 赵升等. 高温后不同冷却条件下钢材力学性能试验研究[J]. 结构工程师, 2009, 25(5):104-109.
    [11] 陈建锋, 曹平周. 高温后结构钢力学性能试验[J]. 解放军理工大学学报(自然科学版), 2010, 11(3):328-333.
    [12] Wang W Y, Liu T Z, Liu J P. Experimental study on post-fire mechanical properties of high strength Q460 steel[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2015, 114:100-109.
    [13] Lu J, Liu H B, Chen Z H, et al. Experimental investigation of the residual mechanical properties of cast steels after exposure to elevated temperature[J]. Construction and Building Materials, 2017, 143:259-271.
    [14] Li G Q, Lyu H B, Zhang C. Post-fire mechanical properties of high strength Q690 structural steel[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2017, 132:108-116.
    [15] 李国强, 黄雷, 张超. 国产Q550高强钢高温力学性能试验研究[J]. 同济大学学报(自然科学版), 2018, 46(2):170-176.
    [16] Zhang C T, Wang R H, Zhu L. Mechanical properties of Q345 structural steel after artificial cooling from elevated temperatures[J/OL]. Journal of Constructional Steel Research, 2021, 176(2020-11-09)[2021-01-13]. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2020.106432.
    [17] 强旭红, 武念铎, 姜旭,等. 超高强钢S960火灾后力学性能试验研究[J]. 同济 大学 学报(自然 科学 版), 2016, 44(7):1076-1083.
    [18] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. 金属材料拉伸试验第 1部分室温试验方法:GB/T 228. 1-2010[S]. 北京:中国标准出版社,2010.
    [19] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. 金属材料高温拉伸试验方法:GB/T 4338-2006[S]. 北京:中国标准 出版 社,2006.
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-11-01
  • 网络出版日期:  2023-05-24
  • 刊出日期:  2023-03-25

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