摘要
高强钢一般是指屈服强度高于460MPa的钢材，因其具有强度高、韧性好以及经济实惠等优点而被广泛应用于工程实际应用中。然而，建筑结构在服役过程中不可避免的会遭受诸如风荷载、大气腐蚀和火灾等复杂环境作用，这将导致构件力学性能退化，使得结构安全存在隐患。同时，地震、火灾等偶然作用后，由于部分钢构件未发生明显变形或变形小仍然可以继续使用，若直接对其拆除则会造成财力的浪费。基于此思路，考虑到近十年来国内火灾数量呈上升趋势，本文对国产Q690D高强钢高温后力学性能的退化规律进行了研究，主要研究内容如下： （1）基于试验数据研究了高温及冷却方式对Q690D高强钢力学性能的影响规律，建立了不同可靠度下试件力学性能参数随温度的退化模型。首先，将试件加热至不同温度并分别使用空气冷却、水冷却和泡沫灭火剂冷却三种冷却方法将试件冷却至室温，并对其展开静力拉伸试验以获得试件力学性能参数；其次，通过与未经高温加热试件的试验结果进行对比，观察试件屈服强度、抗拉强度、弹性模量和延伸率等力学性能随高温和冷却方式的变化规律；之后，建立了不同温度和冷却方式下试件的真应力—应变曲线，分析了由真应力—应变曲线得到的真实屈服强度和抗拉强度与工程屈服强度和抗拉强度之间的差异；进一步地，通过与已有研究的试验数据进行对比，分析了高温冷却后Q235、Q345、Q420和Q690钢残余力学性能与Q690D的差异；最后，使用Bootstrap法确立了Q690D高强钢高温后力学性能概率分布函数，然后，采用该函数提出了综合考虑可靠度的力学性能退化模型。 （2）研究了Q690D高强钢的宏微观拉伸断口及金相组织特征，进而分析了Q690D高强钢宏观力学性能随温度及冷却方式的变化规律。首先，观察了不同冷却方式下Q690D高强钢拉伸断口随温度的变化规律；其次，使用SEM扫描电镜观察断口微观组织的变化，分析了温度及冷却方式对试件拉伸断裂横截面上韧窝组织的数量、形状及分布情况的影响规律；最后，通过观察金相组织特征，分析了经历不同高温和冷却方式后Q690D高强钢化学成分的变化，从微观化学成分的角度探讨温度及冷却方式对其宏观力学性能参数的影响机理。 （3）基于试验数据以及已有研究基础对已有本构模型进行适当的改进，并提出了针对钢材拉伸颈缩段的本构关系。首先，总结了近20年来有关钢材拉伸本构模型的研究，对比了各研究的优缺点；其次，基于这些优缺点和试验数据对已有本构模型进行了适当修正，使其更加贴合Q690D高强钢高温冷却后应力—应变关系；最后，在已有研究基础上推导了高强钢拉伸颈缩段本构模型，并与修正后的本构模型相结合，得到适用于高强钢的三段式本构模型。
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