窄间隙半自动CO2气体保护钢筋焊接力学性能研究

摘要

从钢筋混凝土结构诞生至今，出现了一系列的钢筋连接技术：绑扎连接、机械连接和焊接。在钢筋施工技术中，焊接高效的连接方式。建筑钢筋常用的对焊方法有：闪光对焊、气压焊、搭接焊、窄间隙电弧焊。CO2气体保护焊在日本等发达国家已应用于钢筋窄间隙对焊，并在工程应用中起到了良好的效果，而在我国尚无此方面的研究与应用。
　　本文在理论分析的基础上对采用CO2气体保护钢筋焊接接头的力学性能进行了大量试验研究，并且采用数值模拟的方法对接头受力特征进行分析，目的是为这种接头在工程上的广泛应用和推广打下坚实的理论基础和试验依据，本文的研究内容主要包括以下几个方面：
　　(1)对CO2气体保护焊钢筋焊接理论和力学行为进行总结和分析。在CO2气保焊基本焊接理论基础上通过焊接试验得出钢筋窄间隙CO2气体保护焊焊接工艺参数。通过焊接匹配理论指导进行焊材匹配试验，找到适于我国钢筋焊接的CO2气保焊实芯焊丝，得出针对不同牌号钢筋焊接的焊丝力学指标范围。总结钢筋接头基本力学特性原理，包括：拉伸、弯曲、冲击、疲劳特性和断裂力学机理。
　　(2)通过试验研究钢筋采用CO2气保焊连接的拉伸、弯曲和冲击等基本力学性能。由钢筋焊接接头静载拉伸试验检验接头抗拉性能，在无焊接缺陷情况下，高匹配接头完全可以达到等强甚至超强连接，钢筋屈服强度低有利于接头焊接。接头具有良好的抗弯性能，有良好的塑性。高匹配接头焊缝冲击韧性不小于母材，热影响区冲击韧性远小于母材，是接头在热影响区断裂的重要原因。
　　(3)通过动态试验研究接头高应力反复拉压、大变形反复拉压和疲劳试验。测得接头高应力拉压滞回曲线，验证接头在动力荷载下的塑性变形能力。疲劳试验中验证接头疲劳性能满足规范要求，HRB400钢筋接头比HRB335钢筋接头的疲劳强度值略有提高，但提高幅度不大。宏观金相及硬度试验结果表明：焊缝硬度高于热影响区硬度，两者都高于钢筋硬度；熔合线硬度比两侧略低，靠近熔合线的焊接过热区硬度有升高趋势，这一区域的脆硬特性导致接头力学性能下降。
　　(4)通过对接头受力特征进行有限元数值模拟，所得结果表明：接头有限元模拟结果与相应试验分析相吻合，接头焊接残余应力和变形较小，不是接头因焊接缺陷破坏的主要原因。气孔和裂纹缺陷造成钢筋接头缺陷区域应力集中，在荷载作用下形成裂纹胚核进而启裂扩展直至破断。

目录

窄间隙半自动CO2气体保护钢筋焊接力学

STUDY ON MECHANICAL PROPERTIES OF NARROW GAP REINFORCED BARS CONNECTED BY CO2 GAS SHIELDED WELDING

摘要

Abstract

第1章 绪 论

1.3 钢筋连接技术的国内外发展现状

1.3.1 钢筋连接技术的分类

1.3.2 钢筋焊接接头强度的相关研究

1.4 窄间隙半自动CO2气体保护钢筋焊接的国内外发展状况

1.4.1 窄间隙CO2气体保护钢筋焊接介绍

1.4.2 国外发展应用概况

1.4.3 国内发展概况

1.5 本文主要研究内容

第2章 CO2气保焊钢筋焊接理论和力学行为分析

2.1 引言

2.2 焊接理论

2.2.1 基本焊接理论

2.2.2 CO2气体保护钢筋焊接工艺参数

2.2.3 焊接金相理论

2.3 基于试验的焊丝与母材强度匹配

2.3.1 焊丝与母材强度匹配理论

2.3.2 焊丝与母材性能指标

2.3.3 试验中的焊丝母材匹配性能

2.4 窄间隙CO2气保焊钢筋焊接接头力学行为分析

2.4.1 抗拉性能

2.4.2 抗弯性能

2.4.3 冲击韧性

2.4.4 接头的疲劳强度

2.5 钢筋接头断裂力学分析

2.5.1 断裂型式与机制

2.6 接头设计强度要求

2.7 本章小结

第3章 钢筋焊接连接的基本力学性能试验研究

3.1 引言

3.2 接头设计原则

3.2.1 接头材料

3.2.2 接头试验环境因素要求

3.2.3 焊接工艺参数

3.3 拉伸试验

3.3.1 试验装置与加载方法

3.3.2 试验结果分析

3.3.3 钢筋接头拉伸断裂分析

3.4 弯曲试验

3.4.1 弯曲试验方法

3.4.2 试验结果分析

3.5 冲击试验

3.5.1 试验装置

3.5.2 取样部位和试验方法

3.5.3 试验结果分析

3.6 本章小结

第4章 钢筋焊接连接的动态试验研究与金相分析

4.2 动态试验

4.2.1 试验装置

4.2.2 加载制度

4.2.3 试验结果分析

4.3 宏观金相及硬度分析

4.3.1 试样制备过程

4.3.2 宏观金相试验结果分析

4.3.3 硬度试验结果分析

4.4 本章小结

第5章 钢筋焊接连接的有限元分析

5.1.1 屈服准则

5.1.2 力学模型

5.5 本章小结

结论

参考文献

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致谢