劉未欽，劉禹堯，劉 鵬，強(qiáng) 斌，姚昌榮，李亞?wèn)|

(西南交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，四川 成都 610031)

鋼材由于其強(qiáng)度高、塑性好、施工方便、污染小等特點(diǎn)，在橋梁工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著橋梁技術(shù)的不斷變革和緩解鋼材產(chǎn)能過(guò)剩的需求不斷被提出，鋼橋?qū)⒊蔀槲覈?guó)橋梁工程的重要發(fā)展方向[1]。然而，鋼結(jié)構(gòu)橋梁也面臨著各種環(huán)境的考驗(yàn)，其中大氣腐蝕是鋼橋結(jié)構(gòu)中較為嚴(yán)重的病害。耐候鋼的出現(xiàn)很大程度上解決了這個(gè)問(wèn)題，其耐大氣腐蝕性能為普通碳素鋼的2～8倍[2]，且使用時(shí)間愈長(zhǎng)，耐蝕作用愈突出。耐候鋼在美國(guó)、加拿大、日本等國(guó)的橋梁中已有成熟的應(yīng)用，近年來(lái)，高性能耐候鋼也引起國(guó)內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)人員高度重視，并陸續(xù)建設(shè)了一些示范工程。

鋼材的耐火性較差，高溫下鋼材的力學(xué)性能會(huì)發(fā)生明顯的下降，近年來(lái)橋梁火災(zāi)事故層出不窮，一場(chǎng)嚴(yán)重的火災(zāi)可能會(huì)導(dǎo)致橋梁破壞甚至倒塌，美國(guó)紐約州交通部在2008年進(jìn)行的一項(xiàng)全國(guó)性調(diào)查顯示，因火災(zāi)而倒塌的橋梁幾乎是地震的三倍[3]。如，2016年9月美國(guó)賓夕法尼亞州的自由大橋在重建施工時(shí)發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)產(chǎn)生巨大的熱量造成鋼桁梁下弦桿嚴(yán)重變形；2020年7月，美國(guó)亞利桑那州的鹽河聯(lián)合太平洋大橋一列貨運(yùn)列車(chē)脫軌并引發(fā)大火，導(dǎo)致橋梁部分坍塌。

了解橋梁耐候鋼的高溫力學(xué)性能，是進(jìn)行耐候鋼橋防火設(shè)計(jì)的理論前提。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)鋼材的高溫力學(xué)性能展開(kāi)一系列的研究，并提出相應(yīng)的本構(gòu)模型。1996年，趙金城等[4]提出一種高溫鋼結(jié)構(gòu)材性模型，該模型為由4參數(shù)確定的三折線模型。2001年，李國(guó)強(qiáng)等[5]針對(duì)Q345鋼進(jìn)行試驗(yàn)研究，并利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合Q345鋼高溫下力學(xué)性能參數(shù)模型。2003年，余志武等[6]針對(duì)高溫后鋼管高性能混凝土軸壓短柱力學(xué)性能開(kāi)展相關(guān)研究，建立相應(yīng)材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線計(jì)算公式及力學(xué)性能參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。2006年，溫東輝等[7]對(duì)耐火鋼B490RNQ進(jìn)行高溫力學(xué)試驗(yàn)，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立可用于計(jì)算分析的等向強(qiáng)化理想彈塑性高溫材性模型。2009年，徐義波等[8]針對(duì)國(guó)產(chǎn)Q345D鋼進(jìn)行高溫力學(xué)性能的試驗(yàn)研究，通過(guò)回歸分析給出Q345D力學(xué)性能隨溫度變化的規(guī)律。2011年，胡輝等[9]對(duì)熱回復(fù)過(guò)程高強(qiáng)耐候鋼Q450NQR1的高溫力學(xué)性能進(jìn)行研究，得出鋼材的強(qiáng)度、高溫塑性模量等變化規(guī)律和熱塑性曲線。同時(shí)，中國(guó)CECS200—2006《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》[10]也給出高溫下鋼材力學(xué)性能參數(shù)取值建議。ECCS[11]和EN 1993-1-2《Eurocode 3:Design of Steel Structures—Part 1-2: General Rules—Structural Fire Design》[12]、美國(guó)AISC306-05《Specification for Structural Steel Buildings》[13]以及澳大利亞AS4100—1998《Australian Standards.Steel Structure》[14]等都給出材料高溫力學(xué)性能模型。

我國(guó)耐候鋼橋的設(shè)計(jì)應(yīng)用尚處于初級(jí)階段，相關(guān)耐候鋼高溫力學(xué)性能參數(shù)匱乏；合金元素的添加會(huì)對(duì)耐候鋼高溫力學(xué)性能產(chǎn)生影響，不宜簡(jiǎn)單套用其他鋼種的高溫力學(xué)性能參數(shù)?；诖?，本文針對(duì)國(guó)產(chǎn)橋梁耐候鋼Q345qDNH開(kāi)展8種不同溫度下(20～700 ℃)的試驗(yàn)研究，得到主要力學(xué)性能參量和應(yīng)力-應(yīng)變曲線的演化規(guī)律。

1 高溫試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用國(guó)產(chǎn)橋梁耐候鋼Q345qDNH，滿(mǎn)足GB/T714—2015《橋梁結(jié)構(gòu)用鋼》[15]要求，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。與普通橋梁鋼Q345qD(化學(xué)成分見(jiàn)表1)相比，耐候鋼主要是添加了較多的Ni、Cr、Cu等合金元素。不同的合金元素含量，會(huì)使耐候鋼力學(xué)性能及抗腐蝕性能與普通鋼有明顯差異。

表1 橋梁用鋼化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)表 %

1.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

Q345qDNH鋼高溫力學(xué)性能試驗(yàn)在MTS370電液伺服材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。該試驗(yàn)機(jī)最大額定荷載為100 kN，加載行程為±75 mm，加載速度最大可達(dá)50 mm/s。加熱爐采用MTS653高溫爐，工作范圍為100～900 ℃，高溫爐采用上、中、下三段加溫，均溫帶長(zhǎng)度為100 mm。采用MTS632接觸式引伸計(jì)進(jìn)行變形測(cè)量。

高溫拉伸試驗(yàn)采用啞鈴狀圓棒試樣，其幾何尺寸見(jiàn)圖1，試樣總長(zhǎng)為93.3 mm，標(biāo)距段長(zhǎng)為15 mm，直徑為6 mm；過(guò)渡段采用圓弧光滑過(guò)渡，長(zhǎng)度為9.2 mm；試樣兩端為加工長(zhǎng)度30 mm的M10螺紋，通過(guò)轉(zhuǎn)換接頭與試驗(yàn)機(jī)連接。

圖1 試驗(yàn)試樣尺寸(單位：mm)

1.3 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)溫度分別為20(室溫)、100、200、300、400、500、600、700 ℃，根據(jù)不同溫度對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)8種不同工況。采用穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)方法，升溫速率為10 ℃/min，達(dá)到目標(biāo)溫度后保溫15 min，以保證試樣表面和內(nèi)部溫度一致。其后以0.02 mm/s的加載速率進(jìn)行拉伸直至斷裂，采樣間隔為0.05 s。為研究高溫對(duì)材料力學(xué)性能退化的影響，設(shè)置了室溫(20 ℃)對(duì)照試驗(yàn)工況。

1.4 試驗(yàn)現(xiàn)象

試驗(yàn)中各溫度水平下Q345qDNH試樣破壞狀況及斷口形貌見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn)，試樣的斷裂位置均位于標(biāo)距段，并出現(xiàn)明顯的頸縮現(xiàn)象。常溫試樣表面呈銀白色，有明顯的金屬光澤，斷口形狀呈杯狀，斷口截面呈淺灰色；100 ℃時(shí)試樣表面略微泛黃，有金屬光澤，斷口形狀呈杯狀，斷口截面呈灰色；200 ℃時(shí)試樣表面呈金黃色，斷口形狀呈杯狀，端口尺寸略微變小，斷口截面呈灰色；300～400 ℃時(shí)試樣表面為墨綠色，金屬光澤逐漸黯淡，斷口形狀呈杯狀，斷口尺寸明顯變小，斷口截面呈灰黑色；500～700 ℃時(shí)試樣表面逐漸變黑，金屬光澤完全褪去，斷口形狀錐狀化加劇呈錐形杯狀，斷口截面呈灰黑色。試樣表面顏色變化主要是由于鋼材在高溫氧化反應(yīng)后產(chǎn)生不同的產(chǎn)物，如氧化鐵等；隨著溫度逐漸升高，試樣表面層逐漸變成黑色甚至脫落。斷口形貌不同主要是由于隨著溫度的升高，耐候鋼的延性提高，韌性破壞的特征更加明顯。

圖2 各溫度水平下試樣破壞狀態(tài)及斷面形貌

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 應(yīng)力-應(yīng)變曲線

各溫度水平下耐候鋼Q345qDNH在8種不同溫度下的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線見(jiàn)圖3。由圖3可知，曲線大致分為三個(gè)階段：彈性段、硬化段以及軟化段。在20～300 ℃時(shí)存在明顯屈服平臺(tái)，400 ℃后屈服平臺(tái)消失；隨著溫度的升高，曲線整體趨于平緩，彈性段和強(qiáng)化段范圍也逐漸縮短，斷裂應(yīng)變和斷后伸長(zhǎng)率逐漸提高；在600～700 ℃時(shí)，硬化段縮短，此時(shí)軟化速率大于硬化速率，曲線主要表現(xiàn)為彈性段和軟化段。室溫應(yīng)力-應(yīng)變曲線中硬化段較長(zhǎng)，主要是由于在拉伸過(guò)程中材料發(fā)生塑性變形，加工硬化不斷累積導(dǎo)致曲線非線性增長(zhǎng)；高溫應(yīng)力-應(yīng)變曲線中硬化段逐漸縮短，是因?yàn)樵诶爝^(guò)程中除了存在塑性硬化，同時(shí)還伴隨著材料回復(fù)和再結(jié)晶的發(fā)生，使得應(yīng)力被不斷釋放，曲線下降。

圖3 各溫度水平下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

2.2 力學(xué)性能參數(shù)

高溫下材料力學(xué)性能指標(biāo)為結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)提供重要的數(shù)據(jù)和理論支撐。為準(zhǔn)確描述橋梁耐候鋼Q345qDNH的高溫力學(xué)性能，對(duì)屈服強(qiáng)度f(wàn)u,θ、彈性模量Ep,θ、極限強(qiáng)度f(wàn)pt,θ、斷后伸長(zhǎng)率Aθ四個(gè)參數(shù)高溫折減系數(shù)展開(kāi)進(jìn)一步分析。Q345qDNH高溫力學(xué)性能參數(shù)及折減系數(shù)見(jiàn)表2，其中400 ℃之后的屈服強(qiáng)度取應(yīng)變水平為0.005時(shí)的名義屈服強(qiáng)度。

表2 Q345qDNH橋梁耐候鋼高溫力學(xué)性能參數(shù)值及折減系數(shù)

2.2.1 屈服強(qiáng)度

目前鋼材高溫下屈服強(qiáng)度的取值沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，通常采用較常溫更大應(yīng)變所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度值作為名義屈服強(qiáng)度。CECS 200—2006[10]和EN 1993-1-2—2005[12]規(guī)定名義屈服強(qiáng)度分別取0.01和0.02應(yīng)變對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度值。文獻(xiàn)[11]規(guī)定:當(dāng)溫度大于400 ℃時(shí)，取0.005應(yīng)變水平下的強(qiáng)度值；當(dāng)溫度低于400 ℃時(shí)，則在0.002(20 ℃時(shí))和0.005應(yīng)變之間線性差值。AS 4100—1998[14]對(duì)屈服強(qiáng)度的應(yīng)變水平?jīng)]有具體規(guī)定。耐候鋼Q345qDNH在20～300 ℃時(shí)屈服平臺(tái)較為明顯，在大于400 ℃時(shí)屈服平臺(tái)消失。因此，對(duì)400 ℃之后的Q345qDNH鋼分別取0.002、0.005、0.010、0.015、0.020應(yīng)變對(duì)應(yīng)的屈服強(qiáng)度(f0.002,θ、f0.005,θ、f0.010,θ、f0.015,θ、f0.020,θ)來(lái)進(jìn)行對(duì)比分析。

Q345qDNH 5種名義屈服強(qiáng)度折減系數(shù)隨溫度的演化對(duì)比見(jiàn)圖4。

圖4 Q345qDNH名義屈服強(qiáng)度折減系數(shù)對(duì)比

由圖4可見(jiàn)，Q345qDNH鋼400 ℃后5種名義屈服強(qiáng)度均隨著溫度升高而減小；各名義屈服強(qiáng)度值在溫度400～500 ℃時(shí)差異較大，在溫度500～700 ℃時(shí)差距逐漸縮小。相同溫度下名義屈服強(qiáng)度值隨應(yīng)變?nèi)≈档奶岣叨岣撸跍囟?00 ℃時(shí)名義屈服強(qiáng)度折減系數(shù)f0.005、f0.010、f0.015、f0.020較為接近，均高于f0.002；在溫度700 ℃時(shí)，名義屈服強(qiáng)度折減系數(shù)f0.002、f0.005、f0.010、f0.015、f0.020幾乎重合。

應(yīng)變?yōu)?.002、0.005、0.010時(shí)，Q345qDNH與Q345鋼名義屈服強(qiáng)度折減系數(shù)對(duì)比見(jiàn)圖5。由圖5可見(jiàn)，Q345qDNH鋼和Q345鋼的3種名義屈服強(qiáng)度折減系數(shù)演化規(guī)律相近。相同溫度下，Q345qDNH和Q345在溫度20～300 ℃時(shí)均存在明顯的屈服平臺(tái)，屈服強(qiáng)度折減系數(shù)較為接近；在溫度400 ℃時(shí)，Q345qDNH和Q345的f0.002值基本接近，而f0.005和f0.010值，Q345qDNH均高于Q345；在溫度400 ℃之后，耐候鋼Q345qDNH 名義屈服強(qiáng)度折減系數(shù)f0.002、f0.005、f0.010均高于普通鋼Q345。隨著溫度的升高，Q345qDNH屈服強(qiáng)度退化速率減緩，相較于普通鋼Q345其性能較優(yōu)。

圖5 Q345qDNH和Q345名義屈服強(qiáng)度折減系數(shù)對(duì)比

Q345qDNH高溫屈服強(qiáng)度折減系數(shù)與部分規(guī)范中的材料模型和文獻(xiàn)[5,8]中的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見(jiàn)圖6。Q345qDNH在溫度400 ℃之后選用名義屈服強(qiáng)度f(wàn)0.005用于計(jì)算屈服強(qiáng)度折減系數(shù)。

圖6 高溫屈服強(qiáng)度折減系數(shù)比較

由圖6可見(jiàn)，Q345qDNH屈服強(qiáng)度折減系數(shù)隨著溫度的升高不斷減少，在溫度20～200 ℃時(shí)下降較快，在溫度200～400 ℃時(shí)趨于平緩，在溫度400 ℃之后下降速率再次加快。與規(guī)范進(jìn)行對(duì)比可見(jiàn)，Q345qDNH試驗(yàn)值整體低于文獻(xiàn)[10，12-13]規(guī)范值，但高于文獻(xiàn)[11]規(guī)范值。在溫度20～200 ℃時(shí)Q345qDNH試驗(yàn)值與文獻(xiàn)[11]規(guī)范值較為接近，在溫度500 ℃之后，Q345qDNH試驗(yàn)值與文獻(xiàn)[10，12-13]規(guī)范值較為接近。徐義波等[8]測(cè)定的Q345D試驗(yàn)值在溫度500 ℃之后和本文測(cè)定的Q345qDNH試驗(yàn)值相近，兩者均高于Q345的屈服強(qiáng)度折減系數(shù)試驗(yàn)值。

2.2.2 彈性模量

Q345qDNH鋼彈性模量折減系數(shù)與已有研究結(jié)果[5，8]對(duì)比見(jiàn)圖7。

圖7 高溫彈性模量折減系數(shù)比較

由圖7可見(jiàn)，規(guī)范和文獻(xiàn)中給出的彈性模量折減系數(shù)離散性較大；Q345qDNH鋼彈性模量折減系數(shù)隨溫度的升高不斷減小，且減小速率不斷加快。與規(guī)范對(duì)比可見(jiàn)，Q345qDNH試驗(yàn)值均高于文獻(xiàn)[10-14]規(guī)范值。所以采用上述5種規(guī)范推薦值來(lái)評(píng)價(jià)Q345qDNH的彈性模量折減系數(shù)是偏于安全的。李國(guó)強(qiáng)等[5]測(cè)定的Q345試驗(yàn)值與本文Q345qDNH試驗(yàn)值相近，均高于徐義波等[8]測(cè)定的Q345D試驗(yàn)值，Q345qDNH與Q345彈性模量性能基本相同。

2.2.3 極限強(qiáng)度

Q345qDNH極限強(qiáng)度折減系數(shù)與已有研究[5，8，16]對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖8。

圖8 極限強(qiáng)度折減系數(shù)比較

由圖8可見(jiàn)，Q345qDNH鋼極限強(qiáng)度折減系數(shù)在溫度20～400 ℃時(shí)有輕微波動(dòng)；在溫度300 ℃時(shí)出現(xiàn)峰值，其數(shù)值略高于常溫值；在溫度400 ℃后快速下降。Q345qDNH試驗(yàn)值與文獻(xiàn)[13]規(guī)范值較為接近，因此可用AISC推薦值來(lái)近似表征Q345qDNH的極限強(qiáng)度折減系數(shù)。與李國(guó)強(qiáng)等[5]測(cè)定的Q345和徐義波等[8]測(cè)定的Q345D值對(duì)比，三者隨溫度的變化規(guī)律基本一致，但是Q345qDNH試驗(yàn)值在全溫度范圍內(nèi)均高于Q345和Q345D試驗(yàn)值，在溫度400～500 ℃時(shí)差異更為明顯。國(guó)外學(xué)者針對(duì)50級(jí)(345 MPa)A588鋼[17]、A242鋼[18]進(jìn)行試驗(yàn)研究。由圖8可見(jiàn),Q345qDNH試驗(yàn)值與A242耐候鋼試驗(yàn)值相近，高于A588耐候鋼試驗(yàn)值，而A588耐候鋼試驗(yàn)值與Q345、Q345D試驗(yàn)值基本一致。

2.2.4 斷后伸長(zhǎng)率

Q345qDNH鋼斷后伸長(zhǎng)率折減系數(shù)與已有Q345[5]試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見(jiàn)圖9。由圖9可見(jiàn)，Q345qDNH斷后伸長(zhǎng)率折減系數(shù)曲線在溫度20～200 ℃時(shí)持續(xù)下降；在溫度200 ℃時(shí)達(dá)到最小值(為常溫的0.74倍)；在溫度200 ℃之后斷后伸長(zhǎng)率折減系數(shù)非線性增長(zhǎng)，且增長(zhǎng)率不斷增加；在溫度700 ℃時(shí)斷后伸長(zhǎng)率為常溫的2倍多，表現(xiàn)出良好的延性。與李國(guó)強(qiáng)等[5]測(cè)定的Q345試驗(yàn)值相比，二者隨溫度的演化趨勢(shì)基本一致：僅在溫度400～600 ℃時(shí)，Q345qDNH試驗(yàn)值明顯高于Q345試驗(yàn)值。

圖9 斷后伸長(zhǎng)率折減系數(shù)比較

3 公式擬合

3.1 力學(xué)性能參數(shù)擬合

綜上所述，Q345qDNH鋼高溫力學(xué)性能與已有研究結(jié)果存在明顯差異。為提高抗火設(shè)計(jì)的便利性和準(zhǔn)確性，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用多項(xiàng)式進(jìn)一步擬合Q345qDNH鋼高溫力學(xué)性能折減系數(shù)公式，各公式的回歸系數(shù)在0.956～0.997之間，擬合精度較高。式中fu,20、Ep,20、fpt,20、A20分別表示對(duì)應(yīng)變量為20 ℃時(shí)的值。

屈服強(qiáng)度折減系數(shù)多項(xiàng)式擬合式為

(1)

彈性模量折減系數(shù)多項(xiàng)式擬合式為

2.21×10-4θ+1 20 ℃≤θ≤700 ℃

(2)

極限強(qiáng)度折減系數(shù)多項(xiàng)式擬合公式為

2.668×10-5θ2-3.804×10-3θ+1.085

20 ℃≤θ≤700 ℃

(3)

斷后伸長(zhǎng)率折減系數(shù)多項(xiàng)式擬合式為

(4)

3.2 應(yīng)力-應(yīng)變曲線擬合

為方便工程應(yīng)用，已有文獻(xiàn)中給出了結(jié)構(gòu)鋼高溫應(yīng)力-應(yīng)變曲線的近似模型：美國(guó)的鋼材高溫通用模型[19]、ECCS[11]三折線模型、EC3[12]模型、AS4100[14]理想彈塑性模型等。但這些模型都沒(méi)有考慮鋼材的強(qiáng)化階段，其中EC3[12]模型在屈服階段后考慮極限應(yīng)變到斷裂應(yīng)變的下降段。為真實(shí)反映國(guó)產(chǎn)橋梁耐候鋼高溫應(yīng)力-應(yīng)變曲線的演化特征，文中參考EC3模型分段建立考慮屈服平臺(tái)及應(yīng)力強(qiáng)化的耐候鋼高溫材性模型，主要分為：彈性階段、彈性極限到屈服應(yīng)變的過(guò)渡階段、屈服階段、屈服應(yīng)變到極限應(yīng)變的強(qiáng)化階段、極限應(yīng)變到斷裂應(yīng)變的下降階段。其中比例極限為εpp,θ，屈服應(yīng)變開(kāi)始值為εub,θ，屈服應(yīng)變結(jié)束值為εue,θ，極限應(yīng)變?yōu)棣舙t,θ、斷裂應(yīng)變?yōu)棣舙u,θ，分段形式見(jiàn)圖10。

圖10 應(yīng)力應(yīng)變曲線分段擬合示意圖

Q345qDNH鋼在溫度20～300 ℃時(shí)有明顯的屈服平臺(tái)，在溫度400 ℃之后沒(méi)有明顯的屈服平臺(tái)。因此在應(yīng)力-應(yīng)變曲線模型擬合時(shí)，以溫度300 ℃為分界點(diǎn)，對(duì)擬合多項(xiàng)式進(jìn)行分段處理，應(yīng)力σ的表達(dá)式為

(1)當(dāng)20 ℃≤θ≤300 ℃時(shí)

(5)

(2)當(dāng)300 ℃<θ≤700 ℃時(shí)

(6)

式中：a1、a2、a3、a4；b1、b2、b3、b4；c1、c2、c3、c4；d1、d2、d3；f1、f2、f3、f4、f5；P1、P2、P3、P4均為擬合系數(shù)，具體擬合值見(jiàn)表3，表中各式回歸系數(shù)為1。

表3 分段擬合系數(shù)匯總表

上述高溫應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型考慮國(guó)產(chǎn)橋梁耐候鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲線多階段、全過(guò)程的真實(shí)演化規(guī)律，實(shí)際使用時(shí)可按需選取所關(guān)注階段，方便應(yīng)用于實(shí)際結(jié)構(gòu)遭遇火災(zāi)時(shí)的力學(xué)性能模擬。

4 結(jié)論

本文針對(duì)國(guó)產(chǎn)耐候鋼Q345qDNH開(kāi)展高溫力學(xué)性能試驗(yàn)，研究8種不同溫度水平下(20～700 ℃)Q345qDNH屈服強(qiáng)度、彈性模量、極限強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率的高溫折減系數(shù)以及高溫應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。得出以下結(jié)論：

(1)現(xiàn)有文獻(xiàn)和規(guī)范中相近鋼種的相關(guān)研究成果，不能全面反映Q345qDNH鋼的高溫力學(xué)性能演化規(guī)律。橋梁耐候鋼Q345qDNH高溫力學(xué)性能的研究彌補(bǔ)了這一研究的不足。

(2)隨著溫度升高，屈服強(qiáng)度、彈性模量以及極限強(qiáng)度水平整體下降；斷后伸長(zhǎng)率呈先減小后增大趨勢(shì)。高溫應(yīng)力-應(yīng)變曲線大體上分為彈性段、硬化段和軟化段；在溫度20～300 ℃時(shí)有明顯屈服平臺(tái)，在溫度400 ℃后屈服平臺(tái)消失；在溫度600～700 ℃時(shí)，硬化段縮短，曲線主要表現(xiàn)為彈性段和軟化段。

(3)文中基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用多項(xiàng)式擬合耐候鋼Q345qDNH高溫力學(xué)性能參數(shù)折減系數(shù)和應(yīng)力-應(yīng)變曲線公式。相關(guān)研究成果可進(jìn)一步應(yīng)用于耐候鋼橋梁的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)與安全評(píng)估。