铁路桥梁钢及焊缝的CTOD性能 (2005年)
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ISSN 1000-0054
CN
11-2223/N
清华大学学报 (自然科学版)
J T singhua U niv (Sci& T ech),
2005 年 第 45 卷 第 5 期
2005, V ol.45, N o.5
3/37
585-588
铁路桥梁钢及焊缝的
CTOD
性能
张玉玲
1,2
, 王冒明
2
, 吴新如
3
, 孙振华
3
, 陶晓燕
2
(1. 清 华大学 机械工程系, 北京 100084; 2. 铁道科学研究院, 北京 100081; 3. 清华大学 工 程力学系, 北京 100084)
收稿日期: 2004-05-21
基金项目: 铁道部科技发展计划资助项目 (2001
G
010
A
-2 )
作者简介: 张玉玲 (1957-), 女 ( 汉), 内 蒙古, 博士 研 究 生 。
E -m ail: zjzy@ 163bj.com
通讯联系人: 潘际 銮, 教授 , E -m ail: p jl-dm e@ tsinghua.edu. cn
摘 要: 为了解铁路钢桥构件材料的弹塑性断裂韧性性能,
对常用桥梁钢——
Q
370
qE
和
Q
345
qD
钢的各种板厚的母
材、焊缝和熔合线试样进行了 20 ℃至- 70 ℃的直三点弯曲
裂纹尖端张开位移(CT O D )试验。数据分析采用“个性化因
素剔除”方法,回归得到随温度变化的 C T O D 临界值 δ的通
用计算公式。结果表明:
δ
在材料、温度、板厚不同的情况下,
应分别取脆断、韧脆破坏和韧性破坏时的
CTO D
值;
Q 370qE 钢母材在高于- 70℃的环境温度下不会发生脆断,
Q
345
qD
钢母材的转脆温度为- 42℃; 两种钢材焊缝的
CTOD
性能相近,转脆温度为- 24 ℃;
CTO D
性能可作为修
订常规冲击韧性标准的依据。
关键词: 铁路桥梁钢; 弹塑性; 断裂韧性; 裂纹尖端张开位
移(
CTO D
)
中图分类号:U 214.8
+
1 文献标识码:A
文章编号: 1000-0054(2005)05-0585-04
CTOD pe rform ance of railw ay b ridge
base steels and we ld seam s
ZHAN G Y ul in g
1, 2
,
WANG M aoming
2
,
WU Xinru
3
,
SUN Z henh ua
3
,
TAO Xiaoyan
2
(
1
.
Departm ent of Me c hanical Engi neering
,
Tsinghua University
,
Beijing 100084
,
China
;
2
.
C hina Academ y of Railway S ciences
,
Beijing 100081
,
China
;
3
.
D epartme nt of Mechanics
,
Tsinghua University
,
Beijing 100084
,
China
)
Abstract
: T h ree-p oint crack tip open displacem ent (C T O D ) bend
tests w ere m ade using Q 370qE and Q 345 qD base steel, w eld seam
and m elt line sam ples at various tem p eratures fro m 2 0 ℃ to - 70 ℃
and at different sam ple th ick n esses to study the elasto-plastic
fracture toughness of the m aterials frequently used in steelrailw ay
bridges. A n individuation-factor-elim ination m eth od w as used to
analyze the data w ith the relationship betw een the C T O D critical
value, δ, and the tem perature obtained by linear regression of the
data. T he results sh ow th at differen t C T O D values co rresp on ding to
th e occurrence of brittle fra c tu re b e fore y ield stre n g th , b rittle
fractu re afte r y ie ld s tr en g th , an d d u ctile fra ctu re sh ou ld b e ch o sen
as δfor different m aterial types, tem p eratures an d th ick n esses. N o
brittle fracture occurrs in the Q 370qE base steel at tem pertures
hig h er th an - 70 ℃ a n d th at th e p lastic-b rittle tran s ition
tem perature is - 42 ℃ for Q 3 45qD base steel an d - 24 ℃ fo r both
kinds of w eld seam s w ith sim ilar C T O D to u ghnesses. T he C T O D
toughness can be used as the basis to am end the conventionalim pact
toughness criterion.
Key words
: railw ay bridge steel; elasto-plasticity; fracture
toughness; crack tip open displacem ent(C T O D )
现有桥梁设计规范主要通过控制钢材最低冲击
韧性实现防断。冲击韧性只反映总功
[1]
,对冲击功
高、止裂能力差的某些焊缝材料使用该指标达不到
防断控制效果
[2]
,而需要通过断裂力学理论加以
解决。
线弹性断裂力学视材料为理想弹性体,假定应
力与应变之间呈线性关系,已成功应用于工程上脆
性材料的分析。当材料韧性较高时,需要通过弹塑性
断裂力学解决。
弹塑性断裂力学应用塑性力学理论研究裂纹扩
展的规律
[3 ]
,常用断裂判据为
J
积分和裂纹张开位
移(
CO D
)。
J
积分的受力前提条件为简单加载和小
变形,因此在变形较大的实际工程结构中无法直接
应用。
COD
法主要由裂纹尖端的强烈变形控制断
裂过程,适用于韧性较高的材料。当用裂纹尖端张开
位移描述时为裂纹尖端张开位移(
CTOD
)法。
铁路钢桥为满足列车动荷载的特殊需要,钢构
件材料韧性较高。通过
CTOD
试验掌握并分析其弹
塑性断裂韧性性能,将有助于有效控制钢桥构件的
防断问题。
1
试件情况
对铁 路 桥 梁常 用 钢材 Q 370qE 取 12、16、24、
32、44 和 50
mm
板厚的母材、对接焊缝和熔合线,
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