一种高强钢防脆断评价方法技术

本发明专利技术公开了一种高强钢防脆断评价方法，包括以下步骤：S1.构建高强钢构件；S2.针对高强钢构件，分别计算在应力σ的作用下腹板上的裂纹尖端张开位移δ

【技术实现步骤摘要】
一种高强钢防脆断评价方法
本专利技术涉及桥梁钢结构设计
，更具体的说是涉及一种高强钢防脆断评价方法。
技术介绍
当钢桥构件存在足够大的裂纹(可能是制作工艺缺陷或疲劳裂纹)时，低温下钢构件容易出现脆性断裂，如Fisher专著所报道的相关案例。目前针对桥梁用高强钢防断选材的研究技术，呈现出多元化发展的特征，逐步走向成熟完善。各种试验方式及评价从不同的角度提出材料断裂韧性规律，但是其中依然存在诸多亟待解决的问题。例如夏比冲击试验，但是夏比冲击试验具有一定的局限性，其不能全面反映母材与焊接接头的真实韧度，而为了克服冲击试验带来的局限性，研究人员提出落锤试验等试验方式，但是冲击试验、落锤试验等传统判据都是在特定的试验条件下得到的，缺乏对实际工况条件的模拟，所以改变试验环境条件，容易导致结果偏差。宽板拉伸试验成本高，耗费时长，其依据的判据标准K_C存在一定的局限性，也不能很好地应用于防脆断评估方法中。因此，如何提供一种实用性强的高强钢防脆断评价方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种高强钢防脆断评价方法，目的在于提高高强钢防脆断评价方法的实用性。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高强钢防脆断评价方法，包括以下步骤：S1.构建高强钢构件；S2.针对高强钢构件，分别计算在应力σ的作用下腹板上的裂纹尖端张开位移δ1和翼板上的裂纹中央张开位移δ2；根据δ1＝δ2，获取高强钢构件填角焊缝部位的二维裂纹扩展长度的约束条件，并进一步获取裂纹驱动力δE：其中，σE为高强钢构件内应力；ac为裂纹长度；E为弹性模量；S3.计算裂纹抗力δR；S4.依据δE和δR之间的关系：δE≤δR，确定高强钢构件在各种环境条件和设计条件下安全运行所需的材料最低韧性水平。优选的，S2中，在应力σ的作用下腹板上的裂纹尖端张开位移δ1的计算方法为：其中，E为弹性模量，c为腹板上产生的等效穿透裂纹长度，H为两翼板之间的高度；在应力σ的作用下翼板上的裂纹中央张开位移δ2的计算方法为：其中，2a为翼板上产生的等效穿透裂纹长度，W为腹板的宽度。优选的，S2中，根据δ1＝δ2，获取高强钢构件填角焊缝部位的二维裂纹扩展长度的约束条件的具体内容包括：根据δ1＝δ2，则：当时，则约束条件为：c＝a/1.46。优选的，在S2中，高强钢构件内应力σE的计算方法为：σE＝σD+σR+σC其中，σC为因焊接接头错边以及角变形引起的附加应力，σR为结构焊接引起的残余应力，σD为设计应力。优选的，残余应力σR的取值为：σR＝0.6fy附加应力σC的取值为：σC＝0.12σD从防脆断角度考虑桥梁结构的安全性，将构件按应力分成4类，设计应力σD分别取值为：Ⅰ类构件：σD＝0.3fyⅡ类构件：σD＝0.4fyⅢ类构件：σD＝0.5fyⅣ类构件：σD＝0.6fy其中，fy为室温时材料屈服应力。优选的，S3中计算裂纹抗力δR的具体方法为：其中，δR为裂纹抗力，单位为mm，T为试验温度，B为允许使用的最大厚度；参数p，b，q，d，e由试验数据确定，其物理意义是：b为曲线的最高点，q反映曲线转变情况，q值越大，转脆段越陡，即转脆迅速，q值越小，转脆段平缓，即转脆温度范围大。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种高强钢防脆断评价方法，1、铁路钢桥构件是含有裂纹并有一定塑性变形的弹塑性裂纹体，因此采用基于裂纹尖端张开位移试验的铁路钢桥防脆断设计方法来研究它的抗断裂性比用基于应力强度因子判据和宽板试验的铁路钢桥防脆断设计方法更合理。2、将基于断裂力学中裂纹尖端张开位移参量作为铁路钢桥构件脆性断裂的极限状态和断裂判据，与传统的冲击韧性指标相比，物理概念清晰，符合工程设计方法以极限状态为基础的发展趋势，适用面广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1附图为本专利技术提供的一种高强钢防脆断评价方法流程示意图；图2附图为本专利技术实施例中提供的一种高强钢防脆断评价方法中应用的典型高强钢构件结构示意图；图3附图为本专利技术实施例中提供的一种高强钢防脆断评价方法中应用的边裂纹的腹板结构示意图；图4附图为本专利技术实施例中提供的一种高强钢防脆断评价方法中应用的带中心裂纹的翼板结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例公开了一种高强钢防脆断评价方法，如图1所示，包括以下步骤：S1.构建高强钢构件；S2.针对高强钢构件，分别计算在应力σ的作用下腹板上的裂纹尖端张开位移δ1和翼板上的裂纹中央张开位移δ2；根据δ1＝δ2，获取高强钢构件填角焊缝部位的二维裂纹扩展长度的约束条件，并进一步获取裂纹驱动力δE：其中，σE为高强钢构件内应力；ac为裂纹长度；E为弹性模量；S3.计算裂纹抗力δR；S4.依据δE和δR之间的关系：δE≤δR，确定高强钢构件在各种环境条件和设计条件下安全运行所需的材料最低韧性水平。需要说明的是：结构的裂纹驱动力构成结构破坏的动力。它主要与结构的几何因素，工作时的设计应力σ和结构中可能出现的裂纹长度a等因素有关。采用断裂力学分析方法可以把这些影响因素定量归纳为裂纹尖端张开位移δE(即驱动力)。以钢桥结构中普遍采用的高强钢构件为研究对象。分析这种构件在正常工作条件下的裂纹尖端张开位移。高强钢构件一般由一定厚度的钢板拼焊而成，其纵向上有四条连接腹-翼板的填角焊缝，横向上有工厂实施的错开对接焊缝和工地实施的栓焊或全焊对接焊缝。一般说来，对接焊缝的抗断能力较差，设计上要求采取特别措施。比如，在连接部位另加一定长度和厚度的加强盖板，以降低其局部应力。这样，这些部位的驱动力大大降低。因此，图2所示的具有错开对接焊缝的典型高强钢构件为研究对象，分析其裂纹驱动力，显然有一定代表性。从焊接构件的结构形式来看，在交变应力场σ的作用下，裂纹产生并扩展的部位，应该在出现缺陷几率较大的A处或B处。这些部位不仅焊接残余应力偏高，而且材料韧性较差。但考虑到翼板基材的止裂效果，认为B处为最不安全部位。假定填角焊缝B处有一焊接缺陷，并在交变应力场(桥梁的实际工作状态)作用下开始扩展本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强钢防脆断评价方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1.构建高强钢构件；/nS2.针对高强钢构件，分别计算在应力σ的作用下腹板上的裂纹尖端张开位移δ

【技术特征摘要】
1.一种高强钢防脆断评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.构建高强钢构件；
S2.针对高强钢构件，分别计算在应力σ的作用下腹板上的裂纹尖端张开位移δ1和翼板上的裂纹中央张开位移δ2；根据δ1＝δ2，获取高强钢构件填角焊缝部位的二维裂纹扩展长度的约束条件，并进一步获取裂纹驱动力δE：



其中，σE为高强钢构件内应力；ac为裂纹长度；E为弹性模量；
S3.计算裂纹抗力δR；
S4.依据δE和δR之间的关系：δE≤δR，确定高强钢构件在各种环境条件和设计条件下安全运行所需的材料最低韧性水平。


2.根据权利要求1所述的一种高强钢防脆断评价方法，其特征在于，S2中，在应力σ的作用下腹板上的裂纹尖端张开位移δ1的计算方法为：



其中，E为弹性模量，c为腹板上产生的等效穿透裂纹长度，H为两翼板之间的高度；
在应力σ的作用下翼板上的裂纹中央张开位移δ2的计算方法为：



其中，2a为翼板上产生的等效穿透裂纹长度，W为腹板的宽度。


3.根据权利要求2所述的一种高强钢防脆断评价方法，其特征在于，S2中，根据δ1＝δ2，获取高强钢构件填角焊缝部位的二维裂纹扩展长度的约束条件的具体内容包括：
根据δ1＝δ2，则：



当...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠晓臣，赵欣欣，彭洋，王丽，田越，肖鑫，左照坤，陈令康，刘晓光，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，中国铁道科学研究院集团有限公司，中国国家铁路集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11