低温下铁路钢轨钢材的断口与弹塑性断裂韧性分析.pdf

结构设计与 施工技术 低温下铁路钢轨钢材的断口与弹 塑性断裂韧性分析 冯宝锐 王元清 石永久 清华大学土木工程系 清华大学 结构工程与振动教育部重点实验室 北京 100084 摘 要 青藏铁路的开通使得钢轨钢材在低温环境下的使用愈发广泛起来 其在低温下断裂性能的研究 工作重要性也随之凸现 通过对青藏铁路常用的两种钢轨钢材类型 U71Mn 和 U75V 制作三点弯曲试样在 20 0 20 40 以及 60 情况下进行试验 并利用断裂力学理论 计算得到了这两种钢轨钢材在不同温度下的裂纹张 开位移 CTOD 与 J积分值 并对这两种钢轨钢材在低温下的断裂性能进行了系统总结和分析 对低温条件下钢轨 的相关设计人员提供了一定的借鉴作用 关键词 钢轨钢材 低温 CTOD J积分 中图分类号 U213 4 文献标识码 A 文章编号 1001 6864 2007 03 0029 03 ANALYSIS ON CTOD AND J INTEGRAL OF RAIL STEEL UNDER LOW TEMPERATURE FENG Bao rui WANG Yuan qing SHI Yong jiu Dept of Civil Eng Key Lab of Structural Eng and Vibration of China Edu Ministry Tsinghua University Beijing 100084 China Abstract Rail steel under low temperature condition become more widely used with the construction of Qinghai Tibet Railway It s necessary to make research on their fracture properties Two typical rail steel materials U71Mn and U75V in Qinghai Tibet Railway were given by three point bending test under the temperature of 20 0 20 40 and 60 to obtain CTOD and J integral values Analysis and discussion have been made on the influence of temperature value and chemical composition of rail steel on fracture property Some suggestions have been proposed finally Key words rail steel material low temperature CTOD J integral 基金项目 铁道部 清华大学科学研究基金项目 T2000410 国家自然科学基金项目 50078029 目前我国常用钢轨用钢材的强度高 韧性和塑性比较 差 容易产生裂纹并引起扩展 尤其是在低温下更容易发生 低温脆性断裂 1 2 从实际工程的角度出发 迫切需要对钢轨的缺陷及断裂 的力学机理进行一些研究 对运行钢轨的裂纹扩展规律 安 全性评定进行更为准确 定量的分析 青藏铁路是全球目前 穿越高原 高寒 缺氧及连续性永久冻土地区的最长铁路 在 使用过程中常常经历 40 以下的低温气候 现有的对钢 轨低温下断裂韧性的研究还没有达到如此低的范围 因此迫 切需要对钢轨用钢材低温韧性的性能进行更为充分的研究 与分析 弹塑性断裂韧性分析是对钢轨钢材低温下断裂性 能分析的重要内容 因此本文以下对青藏铁路较多采用的 U71Mn和 U75V 两种型号的钢轨钢材弹塑性断裂韧性进行 系统的分析和研究 1 钢轨钢材 CTOD 和 J 积分 1 1 CTOD 与 J 积分定义 由于应用传统的经典力学理论已无法解释裂纹的扩展 和失稳扩展的规律 需要借助断裂力学的手段 随着断裂力 学的发展 引出了新的材料性能指标 基本指标有平面应变 断裂韧度 KIC 裂纹尖端张开位移 CTOD J 积分 其中线弹 性断裂力学使用平面应变断裂韧度 KIC指标 而弹塑性断裂 力学使用裂纹尖端张开位移 CTOD 指标 J 积分指标 3 KIC 是按照 GB4161 84 金属材料平面应变断裂韧度 KIC试验方 法 4 测定的应力强度因子 KI临界值 它表征材料抵抗裂 纹扩展的能力 是度量材料韧性好坏的一个定量的指标 其 中罗马数字 托换梁 托换柱 连接构造 中图分类号 TU243 2 文献标识码 B 文章编号 1001 6864 2007 03 0032 03 STRUCTURAL RECONSTRUCTION DESIGN OF COMPLEX BUILDING FOR CONSTRUCTION COMPANY LI li WANG ying BAI Chong xi ZHENG Wen zhong School of Civil Engineering Harbin Institute of Technology Harbin 150090 China Abstract Design thoughts and methods for underpinning beam column and foundation and relative con nection details in reconstructing complex building for The First Construction Company of Anshan are present ed Some noteworthy problems during construction are pointed out It can be served as reference for structural reconstruction of the similar project Key words structural reconstruction underpinning beam underpinning column underpinning founda tion connection details 1 工程概况 鞍山市第一建筑公司综合楼为砌体房屋 共6层 一层 层高为3 6m 其余层高为3 3m 上部结构大部分为纵横墙 混合承重 其中局部为框架结构 大部分楼板为预制空心 基金项目 教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目 科技司 2005 290 号 黑龙江省科技攻关项目 GC04A609 哈尔滨市科技攻 关计划项目 2004AA9CS187 材好 在低温出现地区 宜优先选用U71Mn 钢材钢轨 参考文献 1 冯宝锐 王元清 石永久 低温对铁路钢轨断裂韧性的影响分析 J 低温建筑技术 2005 4 97 99 2 Bao Rui Feng Yuan Qing Wang Yonh Jiu Shi Study on the in fluence of the rail steel at low temperature using the fracture mechanics Method C Proceedings of the Ninth International Symposium on Structural Engineering for Young Experts 1185 1189 3 胡传 断裂力学及其工程应用 M 北京 北京工业大学出版 社 1989 4 GB4161 84 金属材料平面应变断裂韧度KI