1、高温后不锈钢拉伸力学性能试验研究王 南张文瑜李保强冉德智宋西强(.临沂大学 土木工程与建筑学院山东 临沂.天元建设集团有限公司山东 临沂.山东临大恒通建筑科技有限公司山东 临沂)收稿日期:作者简介:王南()男山东日照人博士副教授主要从事建筑工程结构研究工作基金项目:山东省自然科学基金项目:方钢管 高强箍筋复合约束混凝土柱抗震性能与设计方法研究()临沂大学大学生创新创业训练计划项目:不锈钢筋在常温及高温下拉伸力学性能研究()摘 要:为研究高温后不锈钢的力学性能通过高温后不锈钢拉伸试验得到了高温后不锈钢的受拉应力 应变曲线 并将试验结果与常温下不锈钢的力学性能进行对比分析了不同温度对不锈钢强度、变
2、形和弹性模量的影响 试验结果表明不同温度后不锈钢的外表形态有一定区别随着温度升高不锈钢试件表面颜色会加深 不锈钢在 后的受拉性能与常温时相差不大不锈钢在 后的抗拉强度和变形性能有所降低其中下降最多的指标为屈服强度其降幅为 关键词:不锈钢力学性能高温中图分类号:.文献标志码:文章编号:():/(.):.:引 言建筑结构常用的普通碳素钢强度偏低且容易产生锈蚀等问题不锈钢以其优越的力学和耐久性能在建筑工程结构具有广泛的应用前景 在建筑设计中需考虑防火问题因此有必要进行不锈钢高温下力学性能的研究 目前国内外学者已对不锈钢在不同温度下的性能进行了初步研究在不锈钢常温性能研究方面:郑宝峰等针对 不锈钢进行
3、了拉伸试验对比了不锈钢与低碳钢应力 应变关系的不同特点计算结果显示两阶段 方程能够很好地模拟国产不锈钢材料的力学性能冷加工对不锈钢的力学性能有较大影响 朱浩川等认为不锈钢的应力 应变关系具有显著非线性通过对比分析研究得出 三段式模型较为准确 王元清等通过单向拉伸试验研究了焊接过程和轧制方向对奥氏体不锈钢本构关系的影响结果表明修正的 方程与试验曲线吻合程度良好焊接过程和轧制方向的影响不可忽略 在不锈钢高温性能研究方面:陈驹等据高温不锈钢试验结果提出了钢材弹性模量、屈服强度和抗拉强度随温度的变化关系结论认为不锈钢的抗火性能优于碳素钢和合金钢 范圣刚等通过高温瞬态和稳态试验给出了高温下钢材弹性模量、
4、屈服强度和抗拉强度的折减系数对比两类试验结果发现在 以上二者结果差别较为明显 等开展了奥氏体不锈钢材料进的高温力学性能试验建议了不锈钢在高温下的屈服强度折减系数、弹性模量折减系数和热伸长率 等进行了不锈钢试件高温下的拉伸试验提出了高温下不锈钢的本构模型表达式和关键参数折减系数 等在以往的试验数据基础上提出了适用于不锈钢材料的本构模型修正了屈服强度、极限强度的折减系数 现有研究表明不锈钢在高温力学性能与常温力学性能有一定差异本文将不锈钢在经历高温后自然冷却到室温通过常温拉伸试验研究不锈钢高温后的力学性能并与不锈钢常温时的力学性能对比分析高温后材料性能的退化规律 研究成果可为该类结构火灾后的评估和
5、修复提供依据 不锈钢受拉性能试验介绍.试验材料将不锈钢棒材加工成哑铃型标准试件试件尺寸如图 所示所有试件采用直径为 的 不锈钢棒材加工而成试件长度为 两端加持区的长度为 中部测试区的直径为 根据试验温度的不同共设计制作了 组试件每组 个共计 个试件 常温试件编号为、高温试样编号为 、高温试样编号为 、图 不锈钢试件(单位:).试验方法)高温后冷却过程 在升温试验过程中先将两组不锈钢试件用马弗炉(见图)由室温加热到目标温度(和)升温速度控制在 /并恒温 此时可认为试件各部分稳定场已均匀分布 随后进行降温过程将试件取出并自然冷却到室温冷却 后记录试件外表形态变化然后进行拉伸试验)拉伸试验 采用金属
6、材料 拉伸试验 第 部分:室温试验方法(/.)规定的试验方法分别进行常温和高温后不锈钢试件的拉伸试样加载试验机如图 所示 拉伸过程分为两个控制阶段第一阶段为荷载速率控制加载速度为 /应变达到.时采用位移控制位移速度为 /最终加载到试件破坏图 马弗炉图 万能试验机 常温和高温后不锈钢受拉试验结果.试验现象试件表面形态如图 所示由图 可见不同温度下的试件表面会有一定变化具体阐述如下)常温下不锈钢试件拉伸试验现象与普通钢筋试验相似断口处有明显的颈缩现象见图()但试件断裂时断口发烫温度较高)时的不锈钢试件冷却后表面失去了金属光泽呈现灰色见图()断口处有一定的颈缩现象)时的不锈钢试件冷却后表面为黑色有一
7、定烧蚀现象见图()断口处有一定颈缩现象()常温试件()后试件()后试件图 试验现象由此可知随着温度的升高不锈钢表面经历了颜色加深的过程这也在一定程度反映了材料高温后损伤的程度有所增加.试验结果不锈钢常温及高温后拉伸试验应力 应变曲线见图 由图()可见本次试验中常温下的不锈钢试件应力 应变曲线没有明显的屈服平台各试件抗拉极限强度和弹性模量变异性较小只是后期的极限变形有一定的差异 图()和()分别为 和 冷却后的应力 应变曲线通过与常温下的试验曲线对比可知两种高温后的试件拉伸应力 应变关系都是非线性曲线也没有明显的屈服台阶 图()为常温、冷却后和 冷却后的应力应变曲线对比在图中可以看出 冷却后的应
8、力 应变曲线在应变为.前基本与常温时的应力 应变曲线重合在后期两类试件变形有所差异 冷却后的应力 应变曲线在应变为.前基本与常温时和 冷却后的应力 应变曲线重合之后随着变形的增加应力会有较明显的降低()常温试件()后试件()后试件()试件对比图 不锈钢受拉应力应变曲线为更加清楚地对比各试件的受力性能将各试件应力 应变曲线特征点参数汇总于表(表中力学性能指标取 个试件结果均值)其中 为试件的抗拉屈服强度、为试件的抗拉极限强度为试件的极限应变 常温和 后不锈钢的抗拉屈服强度和极限应变相差不大 后不锈钢的抗拉极限抗拉强度比常温提高约 这是由于冷却 后再加载时不锈钢的材料性能存在时效作用所致 后不锈钢
9、的抗拉屈服强度和极限强度、极限应变较 后有所降低降低幅度分别为、和 说明不锈钢的抗拉屈服强度对温度影响较为敏感 此外由图 可知各试件曲线在加载的初期斜率几乎重合表明高温后的不锈钢弹性模量与常温下差别不大综上分析高温对 不锈钢的弹性模量、抗拉极限强度和极限应变影响较小只是在 后对屈服强度影响较大这是由于不锈钢中 元素对于奥氏体有较强的稳定作用这种稳定作用会延缓固态相变的过程尤其对温度不太高时()效果更加明显从而不会引起材料内部组织结构的变化进而保持不锈钢的良好力学性能表 不锈钢受拉力学性能指标试件编号/.结 论本文对 不锈钢进行了高温后拉伸力学性能试验研究了不锈钢在不同温度后的力学性能并与常温时
10、的力学性能进行对比得到的结论如下)不锈钢在经历不同的高温冷却后其外表有明显差别 冷却后不锈钢试件表面失去了金属光泽冷却后不锈钢试件产生了烧蚀现象随着温度的增加试(下转第 页)以将建筑模型模拟施工进度情况与施工现场实际施工情况进行对比真实感受施工进度的视觉反馈实现计划与实际完工情况的比对其施工管理应用如图 所示图 建筑物改造 施工管理应用.建筑物运营维护管理应用老旧小区的运营维护包含日常基础设备管理、公共应用系统管理、家庭应用系统等这些管理应用应与老旧小区建筑信息进行有机整合在日常基础设备管理方面通过 数据库平台可以有效进行建筑物设备管道、小区监控数据的联动作用一旦基础设备发生故障维护人员可以通
11、过平台预警以及信息查找功能及时找到故障所在之处极大提高建筑物在维修过程中的效率 同时在家庭应用方面加强对住户人员的数据采集同时通过 平台对住房人员进行有效的、系统的管理对老旧小区的人口流动信息实现精准掌控增加“以房找人”的功能提升老旧小区的服务内容其具体应用如图 所示图 建筑物运营维护管理应用.多方轻量化移动端 管理 技术整合了老旧小区从项目改造审批、改造设计、改造施工、改造竣工、运营维护整个全生命周期中所设计到的业主、设计方、监理方、施工房等参与者的数据信息 这些信息以 技术平台信息数据库为后台存储中心可以随时在手机移动端进行查看使得多方参与到老旧小区的改造以及运营维护过程中进行建筑信息的协
12、同管理有效增加了多方的沟通效率 同时轻量化移动端 功能丰富业主可以通过移动端使用老旧小区的日常公共管理功能例如建筑设备维修处理、租售房屋信息发布、安管管控信息查询、社区公众号管理、建筑信息三维可视化定位等极大地提高了业主对小区的管理程度提高居民的生活水平.多端口数据集成应用目前由于 技术的软件众多很多软件的数据接口互不融通造成了建筑信息在管理应用的过程中出现壁垒问题 技术平台信息数据库进行多端口的数据格式整合将不同形式的建筑信息数据集成到平台中进行建筑信息的大数据处理应用增加平台应用的兼容性提高平台的使用率 结束语目前国家已经陆续出台了相应的政策推动 技术在建筑行业中的应用利用 技术对老旧小区
13、进行智慧化改造既是顺应时代的要求又是提高民生的积极选择 本文对 技术在老旧小区智慧化改造的应用提出了可行的管理模式通过该管理模式可以使老旧小区的改造发挥更大的效益为老旧小区的居民提供更加安全、舒适、快捷、方便的幸福生活:参 考 文 献:李雪梅.城市更新中旧改关键技术融合方法研究.城市建设():.秦堃.基于 技术的政府办公楼危房改建项目应用实践.四川建筑():.刘贵文胡万萍 谢芳芸.城市老旧小区改造模式的探索与实践.城市建设():.孙恒吕哲琦.基于 的项目全生命周期成本管理研究.智能建筑与智慧城市():.周兆银谢春宁廖小烽等.基于 技术的智慧小区运维平台构建.建筑经济():.(上接第 页)件外表
14、颜色加深同时反映出高温对不锈钢的损伤是由表及里的过程)高温自然冷却后的不锈钢弹性模量与常温下差别不大不锈钢构件具备在火灾时保持一定刚度的能力)冷却后不锈钢试件的受拉力学性能总体与常温下差别不大说明 的高温对材料内部组织影响不大不锈钢性能基本没有退化)冷却后不锈钢试件的受拉力学性能与 相比屈服强度下降较多极限强度、极限应变下降幅度较小表明 的高温下不锈钢承载能力有所退化但仍然具有较高的承载能力:参 考 文 献:郑宝锋舒赣平沈晓明.不锈钢材料常温力学性能试验研究.钢结构():.朱浩川姚谏.不锈钢材料的应力应变模型.空间结构():.王元清常婷石永久等.奥氏体不锈钢 的本构关系试验.清华大学学报(自然科学版)():.陈驹金伟良杨立伟.建筑用不锈钢的抗火性能.浙江大学学报(工学版)():.范圣刚郑家珵孙文隽等.奥氏体不锈钢高温力学性能试验研究.工程力学():.():.():.():.
