工程力学 ›› 2020, Vol. 37 ›› Issue (1): 73-79,134.doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.0536

• 土木工程学科 • 上一篇    下一篇

钢结构角焊缝低温抗剪疲劳性能的试验研究

王元清, 顾浩洋, 廖小伟   

  1. 土木工程安全与耐久教育部重点实验室, 清华大学土木工程系, 北京 100084
  • 收稿日期:2018-10-01 修回日期:2019-10-04 出版日期:2020-01-29 发布日期:2019-10-12
  • 通讯作者: 顾浩洋(1995-),男,江苏人,硕士生,主要从事钢结构研究(E-mail:guhaoyangdce@126.com). E-mail:guhaoyangdce@126.com
  • 作者简介:王元清(1963-),男,安徽人,教授,博士,博导,主要从事钢结构研究(E-mail:wang-yq@tsinghua.edu.cn);廖小伟(1986-),男,湖北人,博士生,主要从事钢结构研究(E-mail:liaoxiaowei1008@163.com).
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51678339)

EXPERIMENTAL STUDY ON THE SHEAR FATIGUE BEHAVIOR OF STEEL STRUCTURE FILLET WELDS AT LOW TEMPERATURE

WANG Yuan-qing, GU Hao-yang, LIAO Xiao-wei   

  1. Key Laboratory of Civil Engineering Safety and Durability of China Education Ministry, Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
  • Received:2018-10-01 Revised:2019-10-04 Online:2020-01-29 Published:2019-10-12

摘要: 国内外学者对钢结构的焊缝连接在常温下的疲劳性能进行了广泛的研究,但是所见文献中对构造细节在低温下的疲劳性能研究较少。为此,以Q345B钢材制作了原状处理的侧面和正面角焊缝连接的两组板材试样,采用高频疲劳试验机在0℃、-20℃、-40℃下进行低温疲劳试验,并进行数据拟合。试验结果发现:对于侧面角焊缝试样而言,低温会提高构造细节的疲劳寿命,而低温对正面角焊缝试样的影响并不明显。低温下的正面角焊缝抗疲劳强度高于侧面角焊缝。正面角焊缝疲劳破坏形式为贯通焊缝裂纹,侧面角焊缝为焊趾向热影响区延伸裂纹。研究结果表明:低温对于不同的构造细节形式的节点疲劳寿命的影响没有统一的结论,有待更多试验进行研究并分析。

关键词: 钢结构, 低温, 角焊缝, S-N曲线, 抗剪疲劳性能

Abstract: Although the research on the fatigue properties of welds at room temperature was conducted widely by scholars worldwide, little study on the fatigue properties at low temperature has been done. A number of fatigue tests were conducted by a high-frequency fatigue machine at temperatures of 0℃, -20℃ and -40℃. During the tests, side fillet welded and front fillet welded specimens were used. The test results show that the fatigue lives of the side fillet welded specimens increased with decreasing temperatures. However, the temperature did not have a significant influence on the fatigue lives of the front welded specimens. The fatigue performance of the front fillet welds was better than the side fillet welds. The fatigue failure cracks of the front fillet welds were through the weld. Meanwhile, the cracks of side fillet welds extended from the weld toe to the heat affected zone. The results show that the effect of the low temperature on the fatigue lives of different structural details does not have a uniform conclusion and needs further experimental analysis.

Key words: steel structure, low temperature, fillet weld, S-N curve, shear fatigue behavior

中图分类号: 

  • TU391
[1] Stephens R. Fatigue at low temperatures[M]. USA:American Society for Testing and Materials, 1985.
[2] 施刚, 张建兴. 高强度钢材Q460C及其焊缝的疲劳性能试验研究[J]. 建筑结构, 2014(17):1-6. Shi Gang, Zhang Jianxing. Experimental study on fatigue performance of high-strength steel Q460C and its welds[J]. Building Structure, 2014(17):1-6. (in Chinese)
[3] 施刚, 张建兴. 建筑结构钢材Q390GJD的焊缝连接疲劳性能试验研究[J]. 四川建筑科学研究, 2014, 40(3):218-223. Shi Gang, Zhang Jianxing. Experimental study on fatigue properties of welded Joints of building structural steel Q390GJD[J]. Sichuan Architecture Science Research, 2014, 40(3):218-223. (in Chinese)
[4] 石永久, 贺小平, 王元清, 等. 建筑用铝合金的疲劳性能试验研究[J]. 清华大学学报:自然科学版, 2009(9):1437-1440. (in Chinse) Shi Yongjiu, He Xiaoping, Wang Yuanqing, et al. Experimental study on fatigue properties of aluminum alloys for construction[J]. Journal of Tsinghua University:Natural Science Edition, 2009(9):1437-1440. (in Chinse)
[5] 淳庆, 邱洪兴. 栓焊钢桥3种典型细节的疲劳损伤试验[J]. 东南大学学报(自然科学版), 2008, 38(3):500-504. (in Chinese) Chun Qing, Qiu Hongxing. Fatigue damage test of three typical details of bolt-welded steel bridges[J]. Journal of Southeast University (Natural Science Edition), 2008, 38(3):500-504. (in Chinese)
[6] Roberts T M, Davies A W, Bennett R J H. Fatigue shear strength of slender web plates[J]. Journal of Structural Engineering, 1995, 121(10):1396-1401.
[7] Radaj D, Sonsino C M, Fricke W. Recent developments in local concepts of fatigue assessment of welded joints[J]. International Journal of Fatigue, 2009, 31(1):2-11.
[8] Radaj D. Review of fatigue strength assessment of nonwelded and welded structures based on local parameters[J]. International Journal of Fatigue, 1996, 18(3):153-170.
[9] Chan T H T, Li Z X, Ko J M. Fatigue analysis and life prediction of bridges with structural health monitoring data-Part II:application[J]. International Journal of Fatigue, 2001, 23(1):55-64.
[10] Forrest P G. Fatigue of metals[J]. Fatigue of Metals, 1962, 31(9):383-412.
[11] 段梦兰, 吴永宁, 高照杰. 海冰环境中海洋石油钢结构的破坏分析[J]. 石油学报, 1999, 20(3):71-76. Duan Menglan, Wu Yongning, Gao Zhaojie. Analysis of the destruction of marine petroleum steel structure in sea ice environment[J]. Acta Petrolei Sinica, 1999, 20(3):71-76. (in Chinese)
[12] Bridges R, Zhang S, Shaposhnikov V. Experimental investigation on the effect of low temperatures on the fatigue strength of welded steel joints[J]. Ships & Offshore Structures, 2012, 7(3):311-319.
[13] Zhu Z, Li G, Dai G, et al. Mechanisms and new parameter attribute reduction of high-speed railway wheel rim steel subjected to low temperature fatigue[J]. Materials Science & Engineering A, 2016, 673:476-491.
[14] Shul'ginov B S, Matveyev V V. Impact fatigue of low-alloy steels and their welded joints at low temperature[J]. International Journal of Fatigue, 1997, 19(8-9):621-627.
[15] 贾星兰, 方华灿. 海洋平台焊接接头低温疲劳裂纹扩展速率研究[J]. 石油机械, 1997(4):18-20. Jia Xinglan, Fang Huacan. Study on low temperature fatigue crack growth rate of welded joints of offshore platform[J]. China Petroleum Machinery, 1997(4):18-20. (in Chinese)
[16] 廖小伟, 王元清, 石永久. 低温环境下桥梁钢Q345qD疲劳裂纹扩展行为研究[J]. 工程力学, 2018, 35(10):88-94. Liao Xiaowei, Wang Yuanqing, Shi Yongji. Fatigue crack growth behavior of bridge steel Q345qD in low temperature environment[J]. Engineering Mechanics, 2018, 35(10):88-94. (in Chinese)
[17] GB/T 3075-2008, 金属材料疲劳实验轴向力控制方法[S]. 北京:中国标准出版社, 2008. GB/T 3075-2008, Axial force control method for fatigue test of metallic materials[S]. Beijing:China Standards Press, 2008. (in Chinese)
[18] GB/T 1591-2008, 低合金高强度结构钢[S]. 北京:中国标准出版社, 2009. GB/T 1591-2008, High strength low alloy structural steels[S]. Beijing:China Standards Press, 2009. (in Chinese)
[19] ASTM E739-10, Standard practice for statistical analysis of linear or linearized stress-life (S-N) and strain-life (ε-N) fatigue data[S]. American Society for Testing and Materials International, West Conshohocken, PA, 2015.
[20] 王元清, 顾浩洋, 廖小伟. 钢结构角焊缝抗剪疲劳性能的试验研究[J]. 工程力学, 2018, 35(4):61-68. Wang Yuanqing, Gu Haoyang, Liao Xiaowei. Experimental study on shear fatigue behavior of steel structure fillet welds[J]. Engineering Mechanics, 2018, 35(4):61-68. (in Chinese)
[1] 李达, 牟在根. 内嵌VV-SPSW平面钢框架结构抗震性能研究[J]. 工程力学, 2019, 36(S1): 210-216.
[2] 陈适才, 王尚则, 王亚辉, 张洋, 闫维明. 钢结构火灾反应相似模型及试验研究与分析[J]. 工程力学, 2019, 36(8): 79-86,105.
[3] 时旭东, 李亚强, 钱磊, 李俊林, 汪文强. 不同超低温温度区间冻融循环作用混凝土弹性模量软化性能试验研究[J]. 工程力学, 2019, 36(8): 106-113,140.
[4] 钱海峰, 赵婧同, 王元清, 王登峰. 考虑除尘器箱体墙板-立柱协同受力时立柱在横向荷载作用下的内力计算[J]. 工程力学, 2019, 36(7): 227-237,247.
[5] 王俊杰, 王伟. 考虑罗德角参数的钢材薄板延性断裂标定方法[J]. 工程力学, 2019, 36(5): 37-43.
[6] 杜咏, 孙亚凯, 李国强. 预应力钢绞线高温力学性能试验研究[J]. 工程力学, 2019, 36(4): 231-238.
[7] 张立红, 胡晓, 曾迪, 周德才, 毛宇, 吕玮. 基于抗震性能的高烈度区高端阀厅选型研究[J]. 工程力学, 2018, 35(S1): 320-324.
[8] 张爱林, 张勋, 刘学春, 王琦. 钢框架-装配式两边连接薄钢板剪力墙抗震性能试验研究[J]. 工程力学, 2018, 35(9): 54-63,72.
[9] 施刚, 王珣, 高阳, 张勇. 国产低屈服点钢材循环加载试验研究[J]. 工程力学, 2018, 35(8): 30-38.
[10] 尹飞, 周晖, 王元清, 廖小伟, 杨璐. A572 Gr.50厚板对接焊缝断裂性能研究[J]. 工程力学, 2018, 35(6): 42-51.
[11] 时旭东, 钱磊, 马驰, 李俊林, 汪文强. 经历常温降至-196℃再回温混凝土温度场试验研究[J]. 工程力学, 2018, 35(5): 162-169.
[12] 王元清, 顾浩洋, 廖小伟. 钢结构角焊缝抗剪疲劳性能的试验研究[J]. 工程力学, 2018, 35(4): 61-68.
[13] 雷素素, 刘宇飞, 段先军, 郭小华, 李学飞, 李建华, 侯进峰, 李海兵, 杨建平, 幸坤涛, 崔政涛, 关键, 毕登山, 聂鑫. 复杂大跨空间钢结构施工过程综合监测技术研究[J]. 工程力学, 2018, 35(12): 203-211.
[14] 徐善华, 张宗星, 李柔, 位龙虎. 锈蚀钢框架地震易损性评定方法[J]. 工程力学, 2018, 35(12): 107-115.
[15] 廖小伟, 王元清, 石永久, 陈宏. 低温环境下桥梁钢Q345qD疲劳裂纹扩展行为研究[J]. 工程力学, 2018, 35(10): 85-91.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 左志亮;蔡健;钟国坤;杨春;. 带约束拉杆T形截面钢管内核心混凝土的等效单轴本构关系[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 104 -113 .
[2] 田力;高芳华. 地下隧道内爆炸冲击下地表多层建筑的动力响应研究[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 114 -123 .
[3] 李忠献,黄 信. 行波效应对深水连续刚构桥地震响应的影响[J]. 工程力学, 2013, 30(3): 120 -125 .
[4] 李皓玉;杨绍普;齐月芹;徐步青. 移动随机荷载下沥青路面的动力学特性和参数影响分析[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 159 -165 .
[5] 赵同峰;欧阳伟;郝晓彬. 方钢管钢骨高强混凝土压弯剪承载力分析[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 153 -158, .
[6] 尚仁杰;郭彦林;吴转琴;张心斌;孙文波. 基于索合力线形状的车辐式结构找形方法[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 145 -152 .
[7] 罗尧治;刘海锋;娄荣. 考虑焊接球节点变形的网壳结构多尺度有限元分析方法[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 190 -196, .
[8] 祝效华;王宇;童华;刘应华. 基于弹塑性力学的油气井打捞公锥造扣全过程分析和评价[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 184 -189 .
[9] 王伟;蔡永梅;谢禹钧. 椭圆形截面管环向裂纹应力强度因子分析方法[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 197 -201 .
[10] 王进廷;张楚汉;金峰. 有阻尼动力方程显式积分方法的精度研究[J]. 工程力学, 2006, 23(3): 1 -5 .
X

近日,本刊多次接到来电,称有不法网站冒充《工程力学》杂志官网,并向投稿人收取高额费用。在此,我们郑重申明:

1.《工程力学》官方网站是本刊唯一的投稿渠道(原网站已停用),《工程力学》所有刊载论文必须经本刊官方网站的在线投稿审稿系统完成评审。我们不接受邮件投稿,也不通过任何中介或编辑收费组稿。

2.《工程力学》在稿件符合投稿条件并接收后会发出接收通知,请作者在接到版面费或审稿费通知时,仔细检查收款人是否为“《工程力学》杂志社”,千万不要汇款给任何的个人账号。请广大读者、作者相互转告,广为宣传!如有疑问,请来电咨询:010-62788648。

感谢大家多年来对《工程力学》的支持与厚爱,欢迎继续关注我们!

《工程力学》杂志社

2018年11月15日