1、近幾年來,抗震工程結構設計的研究已經(jīng)取得巨大成就,然而地震設防區(qū)工程結構用鋼的抗震性能卻沒有引起人們足夠的重視。強震發(fā)生時,脆性的混凝土開裂是不可避免的,開裂處鋼筋往往承受極大的局部拉壓交變載荷并產(chǎn)生很高的水平方向循環(huán)應變,鋼筋如果斷裂則整個建筑物倒塌。橋梁,鐵軌以及吊車梁等很多構件都會遭受這種動態(tài)載荷,所以全面系統(tǒng)性的研究地震載荷下鋼筋的變形及破壞特征是必要和有意義的。
　　本文基于系統(tǒng)性的抗震觀點,建立了以高應變低周疲勞性能為

2、主,包括應變時效敏感性,低溫脆性,可焊性及強塑性配合等五大體系的綜合抗震指標,對釩氮微合金化(VN),軋后余熱處理(QST)及細晶化(FG)三種不同生產(chǎn)工藝得到的同級別靜態(tài)力學性能相近的高強鋼筋(400MPa、500MPa)進行了綜合抗震性能測試分析,結果如下:
　　高應變低周疲勞性能:采用雙參數(shù)Weibull最佳線性不變估計法對分散的疲勞實驗數(shù)據(jù)進行數(shù)理統(tǒng)計,用Coffin-Manson和Hollomon公式對實驗數(shù)據(jù)進行擬合。

3、建立一個新的預測模型來表示地震載荷下的能量吸收率并命名為循環(huán)韌度。計算結果表明400VN鋼筋循環(huán)韌度為15.4J/cm3,400FG鋼為15.2J/cm3,400QST鋼為12.6J/cm3。SEM觀察發(fā)現(xiàn)大量密集的疲勞輝紋和輪胎花樣分布在VN鋼筋疲勞斷口上,說明VN鋼筋吸收了較多的循環(huán)塑性變形能,具有最佳的高應變低周疲勞性能。QST鋼因為心部和外層組織不同而產(chǎn)生較大應力集中,循環(huán)過程生成很多較深的二次裂紋,加速循環(huán)軟化使鋼筋過早疲勞斷

4、裂。
　　應變時效敏感性:把塑性應變量為5％的400MPa級別三種鋼筋在100℃下恒溫3小時,計算其強度升高率△U和延伸率的降低率△E,結果表明400VN鋼的△E和△U最小,分別為6.82%,2.79%,其應變時效不敏感,證明VN鋼中的V可以完全抑制自由N原子重新釘扎位錯。400FG鋼的最大,分別10.55%和3.36%,其應變時效很敏感。
　　可焊性:通過閃光對焊技術分別連接400MPa級別的的三種鋼筋,焊后拉伸性能測試結

5、果表明焊縫距斷口平均距離(H)都大于30mm。其中,VN鋼焊后性能穩(wěn)定,可焊性最佳,適用于地震設防區(qū);QST鋼具有一定的可焊性,但H波動大,產(chǎn)品質量不穩(wěn)定;FG鋼塑性下降較快,焊接性能相對較差。
　　低溫脆性:沖擊結果表明,400MPa級別的三種鋼韌脆轉變溫度都在-40℃以下,符合寒冷地區(qū)鋼筋抗震使用標準。
　　強塑性配合:400MPa級別三種鋼筋的靜態(tài)拉伸力學性能指標相似,且都達到國標GB1499-2007所規(guī)定的抗震要求

6、既σb/σs≥1.25,σs實際/σs標準≤1.30,δgt≥9%。
　　500MPa鋼筋總體呈現(xiàn)較差的綜合抗震性能。其中500QST應變時效后幾乎測不出均勻延伸率,焊接后強度降到400MPa級別,除了沖擊韌性較高,其余抗震指標都要低于500VN。
　　重點研究了綜合抗震性能中最重要的指標高應變低周疲勞,采用正態(tài)分布與對數(shù)正態(tài)分布函數(shù),威布爾雙參數(shù)概率函數(shù)以及t分布函數(shù)等多種數(shù)理統(tǒng)計方法,對所測得的低周疲勞壽命進行了統(tǒng)計處理

7、與分析,發(fā)現(xiàn)Weibull最佳線性不變估計是最為可靠和安全的。對比了局部應力應變法,總塑性變形能量法,盛的能量法,以及基于疲勞總壽命預測的四點法,通用斜率法,SWT法等低周疲勞壽命預估模型,在此基礎上提出一種新的模型-循環(huán)韌度,其表達式為:n+1KBNé(2)b95+CN(2)c95ùn=D=/2seatE。此模型用來評估鋼筋的抗震能力較為準確且可靠性高,具有很好的參考性。同時用微觀組織結構演變過程證明了循環(huán)韌度模型的正確性,疲勞斷裂后

8、的400VN鋼筋擁有較小的位錯胞(500nm)和較厚的胞壁而承受了較大的循環(huán)應變以及應力幅,因此其循環(huán)韌度值最高。
　　由于V微合金化鋼筋具有優(yōu)良的綜合抗震性能,我們研究了400MPa級別的VFe(0.076V-0.0055N)和VN(0.04V-0.0135N)兩種鋼筋的納米第二相析出熱動力學。采用應力松弛法和回火硬度法,根據(jù)J-M-A(Johnson-Mehl-Avrami)理論分別定量計算了V(C,N)在奧氏體和鐵素體中的析

9、出熱動力學,并與實驗所測PTT(Precipitation–Time–Temperature)曲線進行對比。結果發(fā)現(xiàn)VN鋼筋可以在鐵素體中析出大量納米化V(C,N)顆粒。而在高溫時其PTT曲線成“C”型,且50%變形量下,870℃時析出最快。彌散納米化的第二相質點V(C,N)強烈阻礙位錯運動,導致位錯運動分布在晶體平面上,形成了分布較為均勻的平行位錯滑移線束,這將減少或避免疲勞損傷局部化,使得疲勞裂紋不易萌生,提高了疲勞強度和疲勞壽命。