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对震后损坏的建筑物的调查发现,在强震下的破坏,首先是建筑物主要承重构件节点处及附近发生较大的塑性变形,原有的焊接裂纹扩展破裂,随后破裂处钢材在极大的地震交变载荷下产生很高的循环塑性变形,经过若干次高应变循环使钢材疲劳断裂,导致建筑物倒塌。如果钢材对地震交变载荷有较大的抗力,则在结构进入塑性工作阶段,依靠变形能力和吸收地震能的能力,还可裂而不倒或避免产生不易修复的变形。
本文主要研究如何制定合理的轧制工艺来提高H型钢的抗震性能,以及抗震H型钢在精轧机组后的温差对残余应力的影响。通过实验室试验轧制及有限元分析方法,分析了各种轧制工艺对H型钢抗震性能的影响、H型钢冷却过程中的温度分布及温差对残余应力的影响,最终选择了合适的轧制工艺及冷却方案,工作的主要内容及结论如下:
(1)通过正交试验的方法,对轧制工艺的三个参数(钢坯加热温度、950℃以下的变形量、终轧温度)进行了试验分析,得出结论钢坯的加热温度对H型钢抗震性能的影响最大,950℃以下的变形量次之,终轧温度较小。
(2)通过实验室控制轧制试验表明,采用1250℃左右的钢坯加热温度,950℃以下的变形量为50%~70%,终轧温度在820℃~880℃范围内,可以使H型钢获得较高的抗震性能。
(3)建立有限元模型,分析稳态温度场合瞬态温度场的温度分布情况。并在此基础上,运用Ansys软件模拟抗震H型钢冷却过程中的热应力变化过程,模拟抗震H型钢冷却到常温时的内部的热应力即为残余热应力;模拟翼缘与R角及腹板与R角不同温差下抗震H型钢内部残余应力的分布情况,并根据材料的屈服强度,选择最大的温差条件。
(4)通过对抗震H型钢在不同的温差下热应力的比较分析,并对比各种冷却方案,可以得到:选择第一阶段10s的喷雾冷却,冷却部位选择二分之一翼缘外侧,R角未控冷的方案能得到较合适的温度分布,从而能够把抗震H型钢的残余应力控制在允许的范围内,使H型钢的抗震性能大幅提高