国产Q355钢材高温冷却后力学性能试验研究

Q355作为一种新型钢材,凭借其优良的力学性能在我国建筑领域中逐渐广泛运用,但其存在抗火性差的致命缺点,对钢结构建筑存在较大的危险.通过对火灾后的钢结构建筑进行安全性鉴定和承载能力评估,可有效避免因拆除重建而产生的浪费,对其中能予以修复或替换的构件采取相应措施,能较大地节约经济成本.因此,有必要对火灾后的Q355钢材进行残余力学性能研究.为了真实模拟Q355钢材经历火灾及灭火后发生的情形,设置200～900℃及自然冷却、浸水冷却等条件来模拟火灾,并将高温后的Q355钢材进行力学性能试验.借助高温炉、万能试验机及电子引伸计等设备,获得高温冷却后Q355钢材的应力-应变曲线和力学性能参数(屈服强度、抗拉强度、屈强比、弹性模量和伸长率等),并对应力-应变曲线和力学参数受温度及冷却方式的影响规律进行分析,对比分析Q355钢材与Q235、Q460和Q690钢材高温后力学性能的变化规律,利用ORIGIN数据处理软件拟合出Q355钢材在不同冷却方式作用影响下的力学性能数学模型.结果表明:Q355钢材在自然冷却和浸水冷却方式下具有不同的表观特征、破坏模式和力学性能特征;Q355钢材的表面碳化程度随温度的升高而逐渐加深,暴露温度超过600℃时,碳化现象愈加明显,甚至在浸水冷却时,碳化表皮出现剥落;温度未超过600℃时,表观形貌变化特征较小且拉伸试件变形程度较轻,与未经高温试件的表观及变形相似;另外,600℃同时也是Q355钢材残余力学性能改变的临界温度,当温度低于600℃时,Q355钢材力学参数受温度和冷却方式的影响小;温度超过600℃后,Q355钢材力学性能参数随温度和冷却发生改变而显著变化,自然冷却后Q355钢材的屈服强度、抗拉强度和弹性模量均随温度升高而减小,伸长率却随温度升高而增大;温度超过600℃后,Q355钢材经浸水冷却后屈服强度和抗拉强度随温度升高而增大,弹性模量和伸长率却随温度的升高而降低.基于试验结果,建立不同冷却方式下Q355力学性能参数随温度变化的数学模型.