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钢结构低温冷脆现象的试验研究方法

钢结构低温冷脆现象的试验研究方法

王元清 (清华大学土木工程系 100084)

  【摘 要】 在研究钢材及其构件脆性破坏时,有许多物理量指标需要通过试验手段来测定。本文系统地介绍了国外常用钢结构低温冷脆现象的试验研究方法,并对此进行了分类比较。文中着重介绍了大尺寸试件的低温拉伸试验设备及其冷却方式。

  【关键词】 低温冷脆 临界温度 应力集中 冷却剂

EXP ERIM EN T A L IN V EST IG A T IO N M ET HO DS OF T HE BRIT T L E FR ACT U RE

OF ST EEL ST RU CT U RES U N DER LO W T EM P ER A T U RE

Wang Yuantsing

(Departm ent o f Civ il Eng ineering.T singhua U niv ersit y)

  Q uite a lo t physical t arg ets must be determined by ex periment al measur es in the study of the br ittle fr act ur e o f st eel and it s str uctur al elements.T he ex per imental in v estig atio n met ho ds of the brittle fr ac-ture of steel str uct ur es under lo w tem per ature.T he ex perimental equipments and coo ling methods of larg e scale tensile models ar e emphat ically intro duced in this paper.

K ey w or ds:Br itt le fr acture,cr it ical t emper ature,stress concentrat ion,co olant.

  在低温冷脆现象理论和试验研究中,钢及其构件的许多力学和其它指标被用来作为判断和分析的参数〔1〕。通常有钢材的屈服强度(f y)、极限强度(f u)、冲击韧性(A kv)、钢构件的破坏强度(f p)、破坏截面收缩率(7)、破坏时所释放的能量(A p)和破坏截面亮纤维状含量百分比(F);还有钢的断裂强度f o;构件应力集中区的最大屈服强度f1y;含裂纹构件的临界应力强度因子K1c、裂纹发展的临界能量密度G c和裂纹临界张开度D c;以及构件从塑性破坏向脆性破坏的临界转变温度T cr(包括第一临界转变温度T cr1和第二临界转变温度T cr2)等。

1 脆性破坏试验研究方法分类

以上这些指标和参数一般是由试验方法确定的。例如,在工程实际中T cr1通常是当构件破坏截面亮纤维状含量百分比F=50%,或当破坏截面收缩率7为常温下的10%时温度。图1给出含尖缺口平板试件破坏截面上F随温度变化的特征图,T c r2是当构件破坏强度降低到该钢常温下屈服强度值(即f p=f v)的温度。钢及其构件脆性破坏的试验研究方法很多,所用试件的型式或受力方式也是多种多样的,这主要取决于所研究的指标和参数。通常把这些试验方法分成四大类〔1〕(见图2)。

A类:包括三种不同结构型式试件的试验,此类试验的结果主要用于选材和确定钢的抗脆性破坏能力。其中A1——冲击韧性试验,可在不同温度下进行,且试件的具体型式和尺寸不同的国家有不同标准; A2——Pellini试验,主要是用来测定试件中裂纹产生和发展的临界应力;A3——偏心切口的静力拉伸试验,在不同温度下进行,主要用来测定临界转变温度T cr。

图1 钢构件破坏截面壳纤维状含量百分比F

随温度变化特征

B类:包括六种含人工裂纹试件的试验,此类试验的结果主要用来选材和确定含裂纹构件强度等。B1、B2、B3为人工裂纹试件的静力试验,主要用来确定线

8                   低 温 建 筑 技 术          1998年第3期(总第73期)

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