高强度螺栓钢的耐延迟断裂研究分析
高强度螺栓钢的耐延迟断裂研究分析
摘要:螺栓钢高强度化过程中延迟断裂现象突出。分析延迟断裂的产生机理,重点阐述氢脆过程中材料的成分、微观组织、介质环境和应力集中的影响作用,通过材料搜集和对此分析,从材料合成与加工工艺出发总结改善高强度螺栓钢敏感性措施。
关键词:高强度螺栓钢延迟断裂研究分析
1 延迟断裂概念
延迟断裂是在静止应力作用下的材料,经过一定时间以后突然脆性破坏的一种现象。材料的断裂形式很多,如材料在拉伸时的韧性断裂;在低温下使用时的低温脆性断裂;在高温和应力共同作用下经过缓慢变形而断裂的蠕变断裂以及在交变载荷作用下的疲劳断裂等。延迟断裂与韧性断裂、蠕变断裂不同,前者属于脆性脆性断裂,而后两者属于韧性断裂。延迟断裂与低温脆性断裂、疲劳断裂也不同,前者是在常温和恒定应力下所发生的断裂,后两者一个是在低温下的断裂,另一个是在交变载荷下的断裂[1]。
2 产生机理及影响因素
2.1 产生机理
文献[1]分析脆性断口位置上氢的富集是导致延迟断裂的主要原因。零件所含氢原子在应力诱导下扩散进入应力高度集中的区域逐渐
超高强度螺栓断裂失效分析
超高强度螺栓断裂失效分析 摘要：螺栓作为重要的紧固件，其失效事故发生较多，造成的危害很大。其中，螺栓的氢脆断裂是较为常见的故障模式，由于氢脆大多与批次性问题有关，因此，危害性较大。螺纹连接是发动机各部件之间最常用的连接方式，大概占到发动机 连接的70%。螺栓的受力特点决定了它是发动机的薄弱零部件。因此，连杆螺栓 的失效分析与预防十分重要。本文分析超高强度螺栓断裂失效的相关内容。 关键词：超高强度螺栓；断裂失效；氢脆 超高强度螺栓是继铆接、焊接之后发展起来的一种钢结构连接型式。它具有 施工简单、可拆卸、承载大、耐疲劳、较安全等优点。因此, 高强度螺栓连接已 发展成为工程安装的主要手段。 1 实例分析 某型号高强度螺栓用于某轴承上，其强度要求很高。该型螺栓在生产检验合 格服役5 个月后，发现个别螺栓相继在螺纹处发生断裂。该型高强度螺栓为铰制 孔螺栓(螺纹长度95 mm)，材料为35CrMnSiA 钢，规格为M56，螺杆长度为 235mm，强度要求以GB/T3077-1999 为标准。其制造工艺为：毛坯电渣重熔→预 加工→超声波探伤→粗加工(单边留量3～5mm)→调质处理(950℃淬火，630℃回火)→半精加工→淬火热处理(淬火温度为900℃，310℃回火)→力学性能检验→精 加工→磁粉探伤(包括螺纹部分)→表面油漆防护→装配。目前，采用的无损检测手段无法检测出螺栓内部0.2mm 以下的微裂纹。通过金相检验、氢含量检验和断口电镜扫描分析等相关的手段对断裂的螺栓及未断裂的随机抽取样品进行相应的检 验和断裂原因分析。 2 实验方法与结果 2.1 实验对象。实验对象为该型螺栓2 枚，其中包括断裂的铰制孔螺栓，以 及对应同型号未断螺栓1 枚。 2.2 外观检验。用肉眼观察，铰制孔螺栓断于第一节螺纹处断口均很平齐，无 塑性变形，断面与轴线垂直，为一次性脆性断口。且在断口附近有明显的腐蚀痕迹。 2.3 化学成分分析。分别对所取2 个螺栓试样进行化学成分检验分析，结果 表明，2 个螺栓化学成分含量均符合标准。 2.4 氢含量检测。分别对已断裂的铰制孔螺栓及未断裂铰制孔螺栓的光杆边缘处、R/2 处及芯部进行氢含量检测，其中已断裂和未断裂的螺栓光杆边缘处及芯 部检测结果基本一致，R/2 处检测结果出入比较大，分别为2.0×10-6 和0.6×10-6。 2.5 断口分析。将断裂的铰制孔螺栓断口清洗后置于扫描电镜下观察，断口 的形貌大部分均为沿晶和少量的韧窝。见图1。 2.6 金相检验及硬度检测。断裂的螺栓中均有氮化物夹杂，未断裂螺栓的齿面与齿根未 见微观裂纹，见图2。已断裂螺栓存在个别夹杂物超出标准规定尺寸，未断裂螺栓无此现象。已断裂螺栓的晶粒度级别为6~7，未断裂螺栓为5.5~6，显微组织显示齿面局部略有脱碳， 组织为回火马氏体，测得其硬度大于50 HRC，抗拉强度大于1750MPa，说明该材料的强度 级别很高，属于超高强度钢。 3 分析与讨论 上述实验结果表明：该型号螺栓无论在力学性能、化学成分以及晶粒度等方面均符合相 关标准。该螺栓组织为回火马氏体，回火马氏体对氢是极其敏感的。该螺栓的强度很高，因 此同样对氢脆的敏感性也很高。一般来说，发生氢致延迟断裂需要同时具备以下三个条件：
钢结构高强螺栓
钢结构高强螺栓 2010/10/28 16:54:56 钢结构高强螺栓需要性能等级在8.8以上。是用高强度钢制造的,或者需要施以较大预紧力的螺栓,皆可称为高强度螺栓.高强度螺栓多用于桥梁、钢轨、高压及超高压设备的连接.这种螺栓的断裂多为脆性断裂.应用于超高压设备上的高强度螺栓,为了保证容器的密封,需要施以较大的 预应力。 钢结构连接用螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级，其中8.8级及以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理（淬火、回火），通称为高强度螺栓，其余通称为普通螺栓。 关于高强度螺栓的几个概念1.按规定螺栓的性能等级在8.8级以上者,称为高强度螺栓.现国家标准只罗列到M39,对于大尺寸规格,特别是长度大于%10~15倍的高强度螺栓,国内生产尚属短线。 高强螺栓与普通螺栓区别 高强度螺栓就是可承受的载荷比同规格的普通螺栓要大。普通螺栓的材料是Q235（即A3）制造的。高强度螺栓的材料35＃钢或其它优质材料，制成后进行热处理，提高了强度。两者的区别是材料强度的不同。 从原材料看：高强度螺栓采用高强度材料制造。高强螺栓的螺杆、螺帽和垫圈都由高强钢材制作，常用45号钢、40硼钢、20锰钛硼钢、35CrMoA等。普通螺栓常用Q235（相当于过去的A3）钢制造。 从强度等级上看：高强螺栓，使用日益广泛。常用8.8s和10.9s两个强度等级，其中10.9 级居多。普通螺栓强度等级要低，一般为4.4级、4.8级、5.6级和8.8级。 从受力特点来看：高强度螺栓施加预拉力和靠摩擦力传递外力。普通螺栓连接靠栓杆抗剪和孔壁承压来传递剪力，拧紧螺帽时产生预拉力很小，其影响可以忽略不计，而高强螺栓除了其材料强度很高之外，还给螺栓施加很大预拉力，使连接构件间产生挤压力，从而使垂直于螺杆方向有很大摩擦力，而且预拉力、抗滑移系数和钢材种类都直接影响高强螺栓的承载力。 根据受力特点分承压型和摩擦型.两者计算方法不同。高强螺栓最小规格M12，常用 M16~M30，超大规格的螺栓性能不稳定，设计中应慎重使用。 高强度螺栓摩擦型和承压型连接的区别：高强螺栓连接是通过螺栓杆内很大的拧紧预拉力把连接板的板件夹紧，足以产生很大的摩擦力，从而提高连接的整体性和刚度，当受剪力时，按照设计和受力要求的不同，可分为高强螺栓摩擦型连接和高强螺栓承压型连接两种，两者的本质区别是极限状态不同，虽然是同一种螺栓，但是在计算方法、要求、适用范围等方面都有很大的不同。在抗剪设计时，高强螺栓摩擦型连接是以外剪力达到板件接触面间由螺栓拧紧力所提供的可能最大摩擦力作为极限状态，也即是保证连接在整个使用期间内外剪力不超过最大摩擦力。板件不会发生相对滑移变形（螺杆和孔壁之间始终保持原有的空隙量），被连接板件按弹性整体受力。在抗剪设计时，高强螺栓承压型连接中允许外剪力超过最大摩擦力，这时被连接板件之间发生相对滑移变形，直到螺栓杆与孔壁接触，此后连接就靠螺栓杆身剪切和孔壁承压以及板件接触面间的摩擦力共同传力，最后以杆身剪切或孔壁承压破坏作为连接受剪的极限状态。总之，摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓实际上是同一种螺栓，只不过是设计是否考虑滑移。摩擦型高强螺栓绝对不能滑动，螺栓不承受剪力，一旦滑移，设计就认为达到破坏状态，在技术上比较成熟；承压型高强螺栓可以滑动，螺栓也承受剪力，最终破坏相当于普通螺栓破坏（螺栓剪坏或钢板压坏）。 从使用上看：建筑结构的主构件的螺栓连接，一般均采用高强螺栓连接。普通螺栓可重复使用，高强螺栓不可重复使用。高强螺栓一般用于永久连接。 高强螺栓是预应力螺栓,摩擦型用扭矩扳手施加规定预应力,承压型拧掉梅花头。普通螺栓抗剪
2014年电大土木工程钢结构试卷及参考答案
钢结构 一、单项选择题（将每题正确答案的序号填入括号内，每小题2分，共计30分）1．目前我国钢结构设计，（）。 A．全部采用以概率理论为基础的近似概率极限状态设计方法 B．采用分项系数表达的极限状态设计方法 C．除疲劳计算按容许应力幅、应力按弹性状态计算外，其他采用以概率理论为基础的近似概率极限状态设计方法 D．部分采用弹性方法，部分采用塑性方法 2．在构件发生断裂破坏前，具有明显先兆的情况是（）的典型特征。 A．脆性破坏B．塑性破坏C．强度破坏D．失稳破坏 3．钢结构对动力荷载适应性较强，是由于钢材具有（）。 A．良好的塑性B．高强度和良好的塑性 C．良好的韧性D．质地均匀、各向同性 4．沸腾钢与镇静钢冶炼浇注方法的主要不同之处是（）。 A．冶炼温度不同B．冶炼时间不同 C．沸腾钢不加脱氧剂D．两者都加脱氧剂，但镇静钢再加强脱氧剂 5．型钢中的H型钢和工字钢相比，（）。 A．两者所用的钢材不同B．前者的翼缘相对较宽 C．前者的强度相对较高D．两者的翼缘都有较大的斜度 6．采用高强度螺栓摩擦型连接与承压型连接，在相同螺栓直径的条件下，它们对螺栓孔要求，（）。 A．摩擦型连接孔要求略大，承压型连接孔要求略小 B．摩擦型连接孔要求略小，承压型连接孔要求略大 C．两者孔要求相同 D．无要求 7．在弹性阶段，侧面角焊缝应力沿长度方向的分布为（）。 A．均匀分布B．一端大、一端小C．两端大、中间小D．两端小、中间大
8．在钢梁底面设置吊杆，其拉力设计值为650kN ，吊杆通过T 形连接件将荷载传给钢梁，T 形连接件与钢梁下翼缘板采用双排8．8级M20高强度螺栓摩擦型连接，预拉力P=125kN ，抗滑移系数为0．45，则高强度螺栓的数量应为（ ）。 A ．4 B ．6 C ．8 D ．10 9．摩擦型连接的高强度螺栓在杆轴方向受拉时，承载力（ ）。 A ． 与摩擦面的处理方法有关 B ． 与摩擦面的数量有关 C ． 与螺栓直径有关 D ． 与螺栓的性能等级无关 10．计算格构式柱绕虚轴x x -轴弯曲的整体稳定，其稳定系数应根据（ ）查表确定。 A ． x λ B ．0x λ C ． y λ D ．0y λ 11．为提高轴心受压构件的整体稳定，在构件截面面积不变的情况下，构件截面的形式应使 其面积分布（ ）。 A ． 尽可能集中于截面的形心处 B ． 尽可能远离形心 C ． 任意分布，无影响 D ． 尽可能集中于截面的剪切中心 12．工字形截面梁受压翼缘，对Q235钢，保证局部稳定的宽厚比限值为 15b t ≤，对Q345钢，此宽厚比限值应为（ ）。 A ．比15更小 B ．仍等于15 C ．比15更大 D ．可能大于15，也可能小于15 13．梁受固定集中荷载作用，当局部承压强度不能满足要求时，采用（ ）是较合理的措施。 A ．加厚翼缘 B ．在集中荷载作用处设置支撑加劲肋 C ．增加横向加劲肋的数量 D ．加厚腹板 14．弯矩作用在实轴平面内的双肢格构式压弯柱应进行（ ）和缀材的计算。 A ． 强度、刚度、弯矩作用平面内稳定性、弯矩作用平面外的稳定性、单肢稳定性
高强度螺栓断裂失效分析
高强度螺栓断裂失效分析 韩志良 (常州机电职业技术学院机械系，常州213012) 马红卫，丁燕君 (常柴股份有限公司理化室，常州213002) 摘要：针对装配现场发生的几起高强度螺栓断裂失效事故，采用金相分析、化学成分分析和力学性能测试等方法进行检测。分析结果认为螺栓失效的原因有:(1)螺纹成形时产生裂纹，螺栓因之而脆断；(2)杆部与头部交接处表面脱碳、使局部强度降低而断裂；(3)装配时扭矩过大，螺栓明显缩颈而断裂；(4)原材料中心存在裂纹。 关键词：螺栓；裂纹；扭转；脱碳 高强度螺栓是发动机紧固件中最重要的零件之一，如连杆螺栓、缸盖螺栓、主轴承盖螺栓，要求强度等级为10.9级，有的甚至达12.9级。但在实际使用中，高强度螺栓(简称螺栓)断裂失效也时有发生。笔者就发生在装配过程中的四起高强度螺栓断裂失效逐一进行分析。 1 195连杆螺栓断裂失效分析 195连杆螺栓装配时断裂于螺纹处。从断口上看，断口平直，无缩颈，几乎没有裂纹萌生区，全部为最后瞬断区。零件供应商进行了失效分析，认为装配时连杆螺纹内夹入异物，阻碍了螺纹的拧紧，导致装配扭矩过大而断裂。 1.1 断口分析 由于断口表现出极大的脆性，如果是基于扭紧力矩过大而断裂，断口应表现出良好的塑性，因为拧紧时螺栓主要受扭转应力，而扭转试验的应力状态的柔性系数较大(大于拉伸试验)，材料易于塑性变形，而失效的螺栓并未表现出塑性。另外，断裂源也不在齿根部，而是有所偏离。 1.2 化学成分和显微组织分析 螺栓材料牌号为40Cr钢，强度等级10.9级，硬度要求32～38HRC，金相组织要求1～3级(JB/T8837-2000)。经检验，螺栓化学成分(质量分数)符合GB/T3077-1988之规定，见表1。显微组织为细的回火索氏体，按JB/T8837-2000评定为1级，其硬度值为34HRC和35HRC，硬度和显微组织均符合技术条件规定。经磁粉探伤未发现磁痕。 将螺栓从杆部与头部交接处纵向剖开，经金相制样、观察，结果在大部分螺纹的根部均有裂纹，即在断口附近和远离断口的螺纹处均存在裂纹，裂纹位置偏离“真正的”齿根部，裂纹的两侧无贫碳和脱碳，说明裂纹的形成与调质处理无关，见图1和图2。由于裂纹细小且位于螺纹根部，常规磁粉探伤未发现磁痕。
2014钢结构工程用钢材与连接件A卷定稿
2014年第一期江苏省建设工程质量检测人员岗位考核 钢结构工程用钢材与连接件（A卷） （满分100分，时间80分钟） 姓名________ 考试号___________ 得分_______________________ 身份证号__________________________ 单位___________________ 一单项选择题（40题每题1分） 1. 建筑钢材的产品一般分为型材、板材、线材和管材等几类。包括钢结构用的角 钢、工字钢、槽钢、方钢等。线材包括钢筋混凝土和预应力混凝土用的钢筋、钢丝和钢铰线等。板材包括用于金属结构、房屋及桥梁的中厚钢板和薄钢板。下列有关钢材的知识，正确的是___________________________________ 。 A钢与生铁的区别在于钢的含碳量值小于 2.0 % B钢材的耐火性好 C低碳钢为含碳量小于0.60 %的碳素钢D沸腾钢的冲击韧性和 可焊性较镇静钢好 2. 建筑钢材的产品一般分为型材、板材、线材和管材等几类。包括钢结构用的角 钢、工字钢、槽钢、方钢等。线材包括钢筋混凝土和预应力混凝土用的钢筋、钢丝和钢铰线等。板材包括用于金属结构、房屋及桥梁的中厚钢板和薄钢板。下列有关钢材的知识，正确的是_____________________________________ 。 A碳素钢的牌号越大，其强度越高，塑性越好B屈强比越大，表示 使用时的安全度越高 C钢含磷较多时呈热脆性，含硫较多时呈冷脆性D对钢材冷拉处理，可提 高其强度和塑性 3. 钢的种类繁多，按化学成分分为碳钢、合金钢两大类。按钢中所含硫、磷的多 少，可分为：普通钢、优质钢、高级优质钢。优质钢中硫、磷的含量是____________ A S < 0.055%, P W 0.045% B S、P< 0.040%, C S < 0.030%, P< 0.035% D S < 0.045%, P< 0.040% 4. 依GB/T700-2006厚度为24mm标记为Q235的碳素结构钢，其屈服强度为不小 于_________ 。 A 235MPa B 225MPa C 215MPa D 195MPa
高强度钢螺栓标准规
高强度钢螺栓标准规范、阶级10.9和10.9.3,为钢结构的接头(公制)1 1．范围 1.1此规格包含两种类型和球罐合金钢,公制重型六角结构用螺栓有抗拉强度与1040到 156 – 157MPa。 1.2经研究委员会决定这些螺栓适用于构件连接相媲美的投保要求的规格为构造节理使 用ASTM(美国材料试验协会)一个325和490螺栓,对结构损伤的连接。2 1.4本规格书适用于度量重型六角螺栓和交替结构设计为设立的研究委员会在其出版、规 范使用ASTM(美国材料试验协会)一个325构造节理和490螺栓。 1.5作为英寸磅螺栓，应符合A490 规格。 1.6SI单位的价值观中规定应被视为标准。没有其他的度量单位都包含在这个标准。1.7下列安全危险警告附属只的试验方法检测出来的部分,第13章,这种规格的: 这个标准 的主旨不是处理所有的安全的担忧,如果有的话,伴随它的使用。使用者有责任在这个标准建立适当的安全卫生标准并决定规章适用的限制,请在使用前。 1本规范是其管辖下的ASTM委员会及负有直接责任的小组委员会在紧固件F16.02钢螺栓、螺母、铆钉、垫片。 现行版批准为2009年5月1日，发布时间为2009年5月。最初认可于1982年。在2008年最后一个以前的版本一样A490M-08批准。 2可以从美国研究所对钢结构(2003),一个E。一个芝加哥的威客博士IL60601-2001，套用700，网址为https://www.360docs.net/doc/254260301.html,.... 2. 参考文件 2.1 ASTM标准3 A325规格、钢结构螺栓、热处理、120/105 kSI最低的抗拉强度 A490规范结构用螺栓、合金钢、热处理、150ksi最低的抗拉强度 A490M规格高强度钢螺栓等级为10.9和10.9.3的钢结构(公制) A563 M规格碳和合金钢螺母(公制) A751钢材产品术语及其化学分析方法 D 3951商业包装的使用 E 384 材料的微缩进硬度试验方法 E709 磁粉探伤的指导 E1444介绍了磁粉探伤的使用 F436M对淬硬钢规格垫片（公制） F568M碳和合金钢紧固件外部螺纹度量规格（公制） F606M紧固件的力学性能在外表和内部螺纹试验测定方法 F 788/F 788M表面的间断的英寸和公制系列规格的螺栓、螺钉、螺栓 F959M可压缩垫片类型适应症的规范,使用直接张力结构紧固件 F1136M铝锌防腐蚀涂层的紧固件 F1470 指定抽样的紧固件的力学性能及性能的检验 F1789 F16机械紧固件术语 G101引导估算低合金钢的大气腐蚀性能
2014年中南大学钢结构作业与答案
《钢结构》 学习中心： 专业： 学号： 姓名：王晶
作业练习一 一、填空题： 1、Q 235B ? F 是钢结构中最常用钢种之一，其屈服强度为__、质量等级为___B_____、脱氧方法为__沸腾钢__，与其相匹配的手工电弧焊条是__E43型__。 2、钢材的疲劳破坏属于 脆性 破坏。 3、钢材的主要化学成分是 铁 。 4、结构钢材一次拉伸时的εσ-关系曲线分为以下几个阶段： 5、衡量钢材的塑性的指标有 钢结构的优点是 ，材质均匀，制造简便，重量轻等。 6、钢材的强度指标是。 7、冷弯性能是判别钢材的综合指标。 8、影响钢材性能的有害化学成分是。 9、钢材的兰脆现象是指温度在时，钢材强度升高，塑性降低的现象。 10、残余应力对轴心受压构件的影响是 。 11、钢结构的缺点是 12、钢材的塑性指标是。 13、冲击韧性受稳定的影响，设计时根据不同的环境温度提出。 14、可焊性是指 15、 应 力 集 中 。 16、I20a 表示 。 二、选择题：在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的，请把所选项前的 字母填在题后的括号。 1.若结构是失效的，则结构的功能函数应满足（A ） A.0
5．钢材的塑性指标为 B 。 A δ2 B δ10 C δ0 D δ1 6．常温冲击韧性表示 A 冲击韧性值。 A 20 ℃ B 0 ℃ C -20 ℃ D -40 ℃ 7．钢材的化学成分中脱氧剂为 D 。 A C B O C N D Mn 8．建筑钢材主要的钢种有 B 。 A 热扎型钢 B 碳素钢 C 冷弯薄壁型钢 D 不锈钢 9．钢构件的主要优点有 C 。 A 易腐蚀B易拆卸 C 塑性和韧性好 D 耐热不耐火 10．钢材的强度指标为 B 。 A 比例极限 B 屈服点 C 抗弯强度 D 弹性极限 11.冷弯性能是将试样在规定的弯心直径下弯曲 A 。 A 180 ℃ B 0 ℃ C 90 ℃ D 270 ℃ 12. 钢材的化学成分中合金元素为 D 。 A Fe B P C S D V 13．钢材的规格为 A 。 A 热扎型钢 B 碳素钢 C 合金钢 D 优质钢 三、简答题 1.请根据Q235钢材单向拉伸应力—应变曲线，指出其主要的强度指标和变形性能。 2.结构钢材的力学性能指标有哪些？ 3.什么是钢材的时效硬化和应变硬化？
高强螺栓脆性断裂研究及实例分析
高强螺栓脆性断裂研究及实例分析 摘要:本文简要回顾了高强螺栓的发展历程，介绍了当前高强螺栓研究的现状及动态，总结了钢材脆性断裂理论、脆性断裂的影响因素及高强螺栓的断裂分析。 关键词：高强螺栓；脆性断裂； Research on Brittle Fracture of High Strength Bolt and Analysis by Example Abstract:The article briefly reviewed the development course of high strength bolt, introduced the current status and trends of high strength bolt, and summarized the theory of brittle fracture and influenced factors and the fracture Analysis of strength bolt. Keywords: high strength bolt；brittle fracture; 0 引言 我国从1957年起开始研究高强度螺栓及其连接，并首先运用于桥梁。这为我国钢结构采用高强螺栓连接奠定了基础。在以后修建成昆铁路时推广了此项新技术，使高强螺栓连接技术得到了提高和发展。在材料使用方面，我国高强度螺栓制作从开始时使用45号钢和40硼钢材料逐步转变到使用具有更好力学性能和工艺性能的20MnTiB钢。高强度螺栓的应用范围也逐渐广泛，从原来的桥梁结构扩展到各种钢结构、机械结构设备，甚至宇宙飞船、海洋钻井平台的使用。大量各种连接形式的静力试验和疲劳试验，为高强度螺栓连接合理设计提供了可靠的参数。 1高强螺栓的研究现状 1.1国外现状：美国伊利偌斯大学的Rajasekhaaran S．Hair等对单螺栓连接和T字型双螺栓连接进行了试验和理论分析，得出了高强度螺栓的撬力作用会大大降低T字型双螺栓连接的极限承载力和疲劳强度的结论。荷兰的Stark J WB和Bijlaard FSK对由高强度螺栓构成的钢框架节点的弯矩一曲率关系进行了研究。意大利学者Giro Faena等对T字型螺栓连接进行了试验分析。并总结了影响高强度螺栓预拉力的主要因素。另外，美国的Yang Jun和DewoIf John．T则对高强度螺栓预拉力的松弛现象进行了探索。
(2014版)钢结构网上作业题参考答案
东北农业大学网络教育学院 钢结构网上作业题 作业题一 一、名词解释（每题3分，共计12分） 1.最大梁高： 2.闸门埋固部分： 3.平面闸门： 4.柱脚： 二、填空题（每空2分，共计30分） 1.钢结构的连接往往是传力的关键部位，连接的__________和__________是钢结构设计的重要组成部分。 2.钢梁分为__________和__________两大类。 3.闸门门型的选择应与配套的_________、_________以及整个水工建筑物的方案比较结合起来，力求技术经济综合指标_________。 4.平面桁架能保证桁架_________的几何稳定性，支撑系统则保证桁架_________的几何稳定性。 5.实腹式压弯构件的截面形式可根据弯矩的_________和_________、构件的计算长度选用_________对称或_________对称实腹式截面。 6.铰接连接按构造可分为_________和_________两种。 三、单项选择题（每题2分，共计6分） 1.大、中型工程的工作闸门及重要的事故闸门的调整系数为（）。 A.0.9~0.95 B.0.85~0.9 C.0.8~0.85 2.对中等跨度（5m~10m）的闸门常采用（） A. 型钢梁 B.组合梁 C.桁架 3.梁与轴心受压柱的连接应采用（）。 A.铰接 B.刚接 四、问答题（每题8分，共计40分） 1.梁的强度计算有哪些要求？ 2.平面钢闸门结构布置的主要任务是什么？结构布置为什么要合理？ 3.屋架设计应考虑那些荷载组合？ 4.哪些梁不须计算整体稳定？ 5.钢材选用应考虑的主要因素有哪些？ 五、判断题（每题2分，共计12分）（答√或×） 1.焊接连接是目前钢结构最主要的连接方法。（） 2.轴心受力构件包括轴心受拉构件和轴心受压构件。（） 3.闸门是水工建筑物中活动的挡水结构。（） 4.桁架主要承受竖向荷载。（） 5.压弯构件的截面都是格构式。（）
高强度螺栓断裂研究分析
高强度螺栓断裂分析
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高强度螺栓断裂分析 作者：上海交通大学曾振鹏 摘要:采用断口分析、金相检验和硬度 测定等方法，对高强度螺栓断裂原因进行了分析。断口分析结果表明，断口平坦，呈放射状花样，微观形态主要为准解理花样，表明螺栓的断裂是脆性断裂;同时发现，在断口附近还存在横向内裂纹，内裂纹的断口形态与断裂断口一样。金相分析表明，材料棒中存在严重的中心碳偏析，而中心碳偏析是引起断裂的主要原因。 关键词:高强度螺栓;准解理;横向内裂纹;中心碳偏析 某厂生产的一批规格为M30×160mm的高强度大六角头螺栓，在进行验收试验时发生断裂。螺栓材料为35CrMoA，采用常规工艺生产，硬度要求为35～39HRC。 1检验 1.1材料的化学成分 用VD25直读光谱仪进行了材料化学成分分析，分析结果(质量分数)列于表1。从表1可以看出，材料的化学成分符合标准要求。 1.2硬度测定 硬度测定结果列于表2。由表可见，螺栓材料硬度虽符合技术要求，但已接近上限。 1.3材料的显微组织 (1)在抛光态下，可见材料中含有较严重的夹杂物，其形态、分布见图1。对照标准[2]，夹杂物级别为3～4级。
图1夹杂物形态及分布状况100× 图2螺栓的显微组织280× (2)显微组织见图2。组织为回火马氏体+粒状贝氏体，并有少量铁素体。从图2可明显看出，组织中存在严重偏析，出现回火马氏体和粒状贝氏体带，致使显微组织不均匀，而且在回火马氏体带中存在MnS夹杂。对样品螺纹根部附近的组织进行了观察，未发现脱碳现象。 1.4断口分析 (1)图3a为断口的宏观形貌，断口较平坦，表面呈灰色，有明显的撕裂脊，呈放射状花样，放射线从中心向四周发射。表明裂纹先在中心形成，然后向外扩展。当裂纹扩展至整个横截面时，螺栓断裂。 图3断口的宏观形貌 (2)断口的微观形态基本上以准解理花样为主，还有一些二次裂纹，如图4所示。
疲劳断裂失效分析
1 5.1疲劳断裂失效的基本形式和特征 5.2疲劳断口形貌及其特征 5.3疲劳断裂失效类型与鉴别 5.4疲劳断裂失效的原因与预防 第5章疲劳断裂失效分析 2?按应力循环次数 当Nf＞105时为低应力高周疲劳（通常所指） 当Nf＜10 4时为高应力低周疲劳?按服役的温度及介质条件 机械疲劳、高温疲劳、低温疲劳 冷热疲劳、腐蚀疲劳?基本形式 切断疲劳：面心立方在单向压缩、拉伸及扭转条件下多以切断形式破坏 正断疲劳：大多数的金属构件的疲劳失效都是以此形式进行的，特别是体心立方金属 3 ?疲劳断裂的突发性?疲劳断裂应力很低 ?疲劳断裂是一个损伤积累的过程?疲劳断裂对材料缺陷的敏感性?疲劳断裂对腐蚀介质的敏感性 4 典型的疲劳断口一般有三个区,即疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬时破断区。疲劳断口的宏观特征与静载破坏的脆性断口相似，无明显的宏观塑性变形。 5 ?疲劳核心是疲劳破坏的起点，它总是位于零件强度最低或应力最高的地方。 ?零件承受弯曲、扭转疲劳负荷时，最大应力区是在零件的表面。 ?零件表面的加工刀痕、凹槽、尖角、台肩等处由于应力集中往往成为疲劳源。 ?如果零件内部存在缺陷，如脆性夹杂物、白点、空洞、化学成分的偏析等，则可能在零件内部产生疲劳源。 1、疲劳核心(或称疲劳源) 6 ù疲劳源的数目可以不止一个，在名义应力较高或是应力集中较为严重时，在高应力区域就可能产生几个疲劳源。 ù疲劳源的位置用肉眼或低倍放大镜就能判断，一般在疲劳区中磨得最光亮的地方。 ù在断口表面同时存在几个疲劳源的情况下，可按疲劳线的密度来确定疲劳源产生的次序，疲劳线的密度越大，表示起源的时间越早。
7 疲劳断口上最重要的特征区域 该区域上常有疲劳断裂独特的宏观标志，如贝纹状、蛤壳状、海滩波纹等。 贝纹线以疲劳源为中心，向四周推进呈弧形线条，垂直于 裂纹扩展方向。 对于光滑试样，疲劳弧线的圆心一般指向疲劳源区。扩展到一定程度时，也可能出现疲劳弧线的转向现象 当试样表面有尖锐缺口时，疲劳弧线的圆心指向疲劳源区的相反方向。 在低周疲劳断口上一般也不常能观察到贝壳状条纹线。 8 $疲劳裂纹达到临界尺寸后发生的快速破断,它的特征与 静拉伸断口中快速破坏的放射区及剪切唇相同,但有时仅出现剪切唇而无放射区。$对于非常脆的材料,此区为结晶状断口，即使是塑性良好的合金钢或铝合金，疲劳断件断口附近通常也观察不到宏观的塑性变形。 9 10 6与静载拉伸断裂时不同，拉压疲劳断裂的疲劳核心多源于表面而不是内部。缺口试样由于缺口根部有应力集中故靠近表面裂纹扩展快，结果形成波浪形的疲劳弧线。高应力导致疲劳稳定扩展区较小，而最终断裂区所占比例较大。 6旋转弯曲的疲劳源区一般出现在表面，但无固定地点，疲劳源可 以为多个。疲劳源区和最后断裂区相对位置一般总是相对于轴的旋转方向而逆转一个角度。而高应力集中时，最终撕裂面移向中心，呈现棘轮花样。交变扭转载荷也出现这种花样 6双向弯曲的疲劳源区可能在零件的两侧表面，最后断裂区在截面内部。在高名义应力下，光滑的和有缺口的零件瞬断区的面积都大于扩展区，且位于中心部位，形状似腰鼓形。随着载荷和应力程度的提高，瞬断区的形状逐渐变形成为椭圆形。在低名义应力下，两个疲劳核心并非同时产生，扩展速度也不一样，所以断口上的疲劳断裂区一般不完全对称，瞬断区偏离中心位置。 11 D第一阶段为切向扩展阶段。在交变应力作用下，使滑移形成的裂纹源扩展形成可观察的裂纹，裂纹尖端将沿着与拉伸轴呈45°角方向的滑移面扩展。该阶段中裂纹扩展范围较 小，一般在2~5个晶粒之内。 D第二阶段为正向扩展阶段。裂纹从原来与拉伸轴呈45 °的滑移面，发展到与拉伸轴呈90 °，该阶段的断口具有引人注目的独特形态－疲劳辉纹。 D第三阶段是由于裂纹扩展到一定长度后，使构件的有效截面减少而造成的一次性快速断裂，断口特征常为韧窝型撕裂。 12疲劳辉纹的一般特点 （1）疲劳裂纹是一系列基本上相平行的条纹，略带弯曲呈波浪形，并与裂纹局部扩展方向相垂直，其凸弧面指向裂纹扩展方向。 （2）在疲劳裂纹稳定扩展阶段，所形成的每一条辉纹相当于一次载荷循环。辉纹确定了裂纹前沿线在前进时的位置。（3）疲劳辉纹的间距随应力场强度因子而变化，应力越大，间距越宽；反之应力越小，则间距越窄。 （4）疲劳断口的微观范围内，通常由许多大小不同、高低不一的小断块组成，每一小断块上的疲劳辉纹连续且平行，而相邻小断块上的疲劳辉纹不一定连续和平行。（5）断口的两匹配面上的辉纹基本对应。
螺栓断裂分析报告
高强度螺栓断裂分析 曾振鹏 (上海交通大学高温材料及高温测试教育部重点实验室，上海200030) 摘要:采用断口分析、金相检验和硬度测定等方法，对高强度螺栓断裂原因进行了分析。断口分析结果表明，断口平坦，呈放射状花样，微观形态主要为准解理花样，表明螺栓的断裂是脆性断裂;同时发现，在断口附近还存在横向内裂纹，内裂纹的断口形态与断裂断口一样。金相分析表明，材料棒中存在严重的中心碳偏析，而中心碳偏析是引起断裂的主要原因。 关键词:高强度螺栓;准解理;横向内裂纹;中心碳偏析 某厂生产的一批规格为M30×160mm的高强度大六角头螺栓，在进行验收试验时发生断裂。螺栓材料为35CrMoA，采用常规工艺生产，硬度要求为35～39HRC。 1 检验 1.1 材料的化学成分 用VD25直读光谱仪进行了材料化学成分分析，分析结果(质量分数)列于表1。从表1 可以看出，材料的化学成分符合标准要求。 1.2 硬度测定 硬度测定结果列于表2。由表可见，螺栓材料硬度虽符合技术要求，但已接近上限。 1.3 材料的显微组织 (1)在抛光态下，可见材料中含有较严重的夹杂物，其形态、分布见图1。对照标准[2]，夹杂物级别为3～4级。
图1 夹杂物形态及分布状况 100×图2 螺栓的显微组织280× 4%硝酸酒精溶液侵蚀 (2)显微组织见图2。组织为回火马氏体+粒状贝氏体，并有少量铁素体。从图2可明显看出，组织中存在严重偏析，出现回火马氏体和粒状贝氏体带，致使显微组织不均匀，而且在回火马氏体带中存在MnS夹杂。对样品螺纹根部附近的组织进行了观察，未发现脱碳现象。 1.4 断口分析 (1)图3a为断口的宏观形貌，断口较平坦，表面呈灰色，有明显的撕裂脊，呈放射状花样，放射线从中心向四周发射。表明裂纹先在中心形成，然后向外扩展。当裂纹扩展至整个横截面时，螺栓断裂。
高强度螺栓级别分类
高强度螺栓级别分类 长度=连接板层总厚+紧固长度加长值+螺母公称厚度+垫圈个数*垫圈厚度+3*螺纹螺距 高强螺栓就是高强度的螺栓,属于一种标准件. 高强螺栓主要应用在钢结构工程上,用来连接钢结构钢板的连接点. 高强螺栓分为扭剪型高强螺栓和大六角高强螺栓,大六角高强螺栓属于普通螺丝的高强度级,而扭剪型高强螺栓则是大六角高强螺栓的改进型,为了更好施工. 高强螺栓的施工必须先初紧后终紧,初紧高强螺栓需用冲击型电动扳手或扭矩可调电动扳手;而终紧高强螺栓有严格的要求,终紧扭剪型高强螺栓必须用扭剪型电动扳手,终紧扭矩型高强螺栓必须用扭矩型电动扳手. 大六角强螺栓由一个螺栓，一个螺母，两个垫圈组成。 扭剪型高强螺栓由一个螺栓，一个螺母，一个垫圈组成 等级。碳钢：公制螺栓机械性能等级可分为：3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、 10.9、12.9共10个性能等级。不锈钢分为60,70,80( 奥氏体)；50,70,80,110(马氏体)；45,60（铁氏体）三类。 高强度螺栓连接具有安装简便、迅速、能装能拆和承压高、受力性能好、安全可靠等优点。它的特点是：（1）改善结构受力情况。采用摩擦型高强度螺栓连接所受的力靠钢板表面的磨擦力传递，传递力的面积大、应力集中现象得到改善，提高了构件的疲劳强度。 （2）螺栓用量少。高强度螺栓承载能力大、一个直径d＝22 mm的40硼钢高强度螺栓的承载能力为：而一个23 mm直径的普通铆钉的抗剪强度为： 可见高强度螺栓的承载能力比铆钉高约18％、在受力相同的情况下，高强度螺栓的数量相对比铆钉数量少。因此节点拼接板的几何尺寸就小，可以节省钢材。 （3）加快施工进度。高强度螺栓施工简便，对于一个不熟悉高强度螺栓施工的工人，只要经过简单的培训，就可以上岗操作。 （4）在钢结构运输过程中不易松动，且在使用中减少维护工作量。如果发生松动即可个别更换，不影响其周围螺栓的连接。 （5）施工劳动条件好，而且栓孔可在工厂一次成型，省去二次扩孔的工序。 分类： （1）摩擦型高强度螺栓：适用于钢框架结构梁、柱连接，实腹梁连接，工业厂房的重型吊车梁连接，制动系统和承受动荷载的重要结构的连接。 （2）承压型高强度螺栓：可用于允许产生少量滑动的静载结构或间接承受动荷载的构件中的抗剪连接。（3）抗拉型高强度螺栓：螺栓受拉时，疲劳强度较低，在动载作用下，其承载能力不易超过0.6P(P为螺栓的允许轴力)，因此，仅适用于静载作用下使用，如受压杆件的法蓝对接、T型接头等。 1、高强度螺栓连接副的概念理解 不少工程人员错误认为扭剪型高强度螺栓是摩擦型的，而大六角高强度螺栓是承压型的。高强度螺栓在生产上全称叫高强度螺栓连接副，一般不简称为高强螺栓。每一个连接副包括一个螺栓，一个螺母，两个垫圈，均是同一批生产，并且是在同一热处理工艺加工过的产品。根据安装特点分为大六角头螺栓和扭剪型螺栓。根据高强度螺栓的性能等级分为8.8级和10.9级，其中扭剪型只在10.9级中使用。在标示方法上，小数点前数字表示热处理后的抗拉强度，小数点后的数字表示屈强比即屈服强度实测值与极限抗拉强度实测值之比。8.8级表示螺栓杆的抗拉强度不小于800MPa，屈强比为0.8；10.9级表示螺栓杆的抗拉强度不小于1000MPa，屈强比为0.9。结构设计中高强螺栓直径一般有M16/M20/M22/M24/M27/M30，不过M22/M27为第二选择系列，正常情况下选用M16/M20 /M24/M30为主。 高强度螺栓连接副组装时，螺母带圆台面的一侧应朝向垫圈有倒角的一侧。对于大六角头高强度螺栓连接副
全国2014年4月自学考试钢结构试题
全国2014年4月自学考试钢结构试题 课程代码：02442 请考生按规定用笔将所有试题的答案涂、写在答题纸上。 选择题部分 注意事项： 1．答题前，考生务必将自己的考试课程名称、姓名、准考证号用黑色字迹的签字笔或钢笔填写在答题纸规定的位置上。 2．每小题选出答案后，用2B 铅笔把答题纸上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。不能答在试题卷上。 一、单项选择题(本大题共20小题，每小题2分，共40分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其选出并将“答题纸” 的相应代码涂黑。错涂、多涂或未涂均无分。 1．大跨度结构常采用钢结构的主要原因是钢材 A ．密封性好 B ．自重轻 C ．制造工厂化 D ．便于拆装 2．钢材的强度设计值是根据下面哪个确定的? A ．比例极限 B ．弹性极限 C ．屈服强度 D ．极限强度 3．下面哪一个是钢结构的承载能力极限状态? A ．结构发生剧烈振动 B ．结构的变形已不能满足使用要求 C ．结构达到最大承载力产生破坏 D ．使用已达五十年 4．对钢结构构件脆性破坏无直接影响的是 A ．钢材的屈服点过低 B ．构件的荷载增加速度过快 C ．存在冷加工硬化 D ．构件由构造原因引起的应力集中 5．两个钢构件采用正面角焊缝搭接连接时，为了减小连接偏心弯矩的影响，要求搭接长度不得小于较薄焊件厚度的 A ．5倍 B ．10倍 C ．15倍 D ．20倍 6．当沿受力方向的连接长度060l d >时，螺栓的抗剪和承压设计承载力均应乘以折减系数β，以防止 A ．中部螺栓提前破坏 B ．端部螺栓提前破坏 C ．螺栓受弯破坏 D ．螺栓连接的变形过大
钢结构高强度螺栓连接的规定
钢结构高强度螺栓连接的规定 1、抗滑移系数是高强度螺栓连接的主要设计参数之一，直接影响构件的承载力，因此构件摩擦面无论由制造厂处理，还是由现场处理均应对抗滑移系数进行测试，测得的抗滑移系数最小值应符合设计要求本条是强制性条文。 在安装现场局部采用砂轮打磨摩擦面时，打磨范围不小于螺栓孔径的4倍，打磨方向应与构件受力方向垂直。 除设计上采用摩擦系数小于等于0.3，并明确提出可不进行抗滑移系数试验者外，其余情况在制作时为确定摩擦面的处理方法，必须按要求的批量用3套同材质，同处理方法的试件，进行复验。同时并附有3套同材质，同处理方法的试件，供安装前复验。 2、高强度螺栓终拧1h时，螺栓预拉力的损失已大部分完成，在随后一两天内，损失趋于平稳，当超过一个月后，损失就会停止，但在外界环境影响下，螺栓扭矩系数将会发生变化，影响检查结果的准确性。为了统一和便于操作，本条规定检查时间同一定在1h后48h之内完成。 3、本条的构造原因是指设计原因造成空间太小无法使用专用扳手进行终拧的情况，在扭剪型高强度螺栓施工中，因安装顺序，安装方向考虑不周，或终拧时因对电动扳手使用掌握不熟练。致使终拧时尾部梅花头上的棱端部滑牙（即打滑），无法拧掉梅花头，造成终拧扭矩是未知数。对此类螺栓应控制一定比例。 4、高强度螺栓初拧，复拧的目的是为了使摩擦面能密贴，且螺栓受力
均匀，对大型节点强调安装顺序是防止节点中螺栓预拉力损失不均，影响连接的刚度。 5、强行穿入螺栓会损伤丝扣，改变高强度螺栓连接副的扭矩系数，甚至连螺母都拧不上，因此强调自由穿入螺栓孔，气割扩孔很不规则，既削弱了构件的有效载面，减少了压力传力面积，还会使扩孔处钢材造成缺陷，故规定不得气割扩孔，最大扩孔量的限制也是基于构件有效载面和摩擦传力面积的考虑。 6、对于螺栓球节点网架，其刚度（挠度）往往比设计值要弱，主要原因是因为螺栓球与钢管连接的高强度螺栓紧固不牢，出现间隙，松动等未拧紧情况，当下部支撑系统拆除后，由于连接间隙，松动等原因，挠度明显加大，超过规范规定的限值。
2014年二级注册结构工程师钢结构考试试题及答案解析
二级注册结构工程师钢结构考试试题及答案解析 一、案例分析（共38小题,共38.0分） 第1题 某单层工业厂房，设置有两台Q=25/10t的软钩桥式吊车，吊车每侧有两个车轮，轮距4m，最大轮压标准值F max =279.7kN，吊车横行小车重量标准值g=73.5kN，吊 车轨道高度h R =130mm。厂房柱距12m，采用工字型截面的实腹式钢吊车梁，上翼 缘板的厚度 h Y =18mm，腹板厚t W =12mm。沿吊车梁腹板平面作用的最大剪力为V； 在吊车梁顶面作用有吊车轮压产生的移动集中荷载P和吊车安全走道上的均布荷载q。梁钢材Q235，质量等级另定。 当吊车为中级工作制时，试问，作用在每个车轮处的横向水平荷载标准值(kN)，应与下列何项数值最为接近?( ) A 8.0 B 11.1 C 15.9 D 22.2 【正确答案】：A 【本题分数】：1.0分 【答案解析】 [解析] 根据《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)第5.1.2条第2款，对于软钩吊车，当额定起重量为16～50t时，吊车横向水平荷载标准值应取横行小车重量与额定起重量之和的10%，并乘以重力加速度。则作用在每个车轮处的横向水平荷载标准值为： T=(25×9.8+73.5)×0.1/4=8.0kN。 第2题 假定吊车为重级工作制时，试问，作用在每个车轮处的横向水平荷载标准值(kN)，应与下列何项数值最为接近?( ) A 8.0 B 14.0 C 28.0 D 42.0
【正确答案】：C 【本题分数】：1.0分 【答案解析】 [解析] 根据《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)第3.2.2条，计算重级工作制吊车梁 (或吊车桁架)及其制动结构的强度、稳定性以及连接(吊车梁或吊车桁架、制动结构、柱相互间的连接)的强度时，应考虑由吊车摆动引起的横向水平力(此水平力不与荷载规范规定的横向水平荷载同时考虑)，作用于每个轮压处的水平力标准值为： H k =αP k,max =αF max =0.1×279.7=27.97kN＞8.0kN(水平力)。 第3题 当吊车工作制为轻级、中级或重级时，吊车梁腹板上边缘局部压应力应分别为( )。 A 81.6N/mm2；81.6N/mm2；110.1N/mm2 B 81.6N/mm2；85.7N/mm2；110.1N/mm2 C 81.6N/mm2；85.7N/mm2；121.1N/mm2 D 85.7N/mm2；85.7N/mm2；121.1N/mm2 【正确答案】：D 【本题分数】：1.0分 【答案解析】 [解析] 根据《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)第3.2.5条第2款，可变荷载的分项系数为1.4；且该规范第5.3.1条规定，对动力系数，轻、中级取1.05，重级取1.1。根据《钢结构设计规范》(GB50017—2003)第4.1.3条，吊车梁腹板上边缘局部压应力的计算公式为：式中，F为集中荷载；ψ为集中荷载增大系数，对重级工作制吊车梁，ψ=1.35，对其他梁，ψ=1.0； t W 为腹板厚度；f为钢材的抗压强度设计值；ι Z 为集中荷载在腹板计算高度上边 缘的假定分布长度，且l Z =a+5h V +2h R =50+5×18+2×130=400mm。将数据代 入公式，得吊车梁腹板上边缘局部压应力为：轻、中级：σ c =1.0×1.05 ×1.4×279.7×103/12/400=85.7N/mm2≤215N/mm2；重级：σ c =1.35×1.1×1.4×279.7×103/12/400=121.1N/mm2≤215N/mm2。 第4题 某屋盖工程大跨度主桁架结构使用Q345B钢材，其所有杆件均采用热轧H型钢，H型钢的腹板与桁架平面垂直。桁架端节点斜杆轴心拉力设计值N=12700kN。