在用含缺陷建筑钢结构安全评定母材和焊接接头性能数据测定和选取方法、应力强度因子KI、载荷比Lr参量的计算.docx

附录A母材和焊接接头性能数据的测定和选取方法A.1母材和焊接接头拉伸性能数据的测试和选取A.1.1拉伸性能应按现行国家标准金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法(GB/T228.1)测定。屈服强度取下屈服强度或0.2%条件屈服强度(或规定塑性延伸率为0.2%时的塑性延伸强度)。焊接热影响区的拉伸性能取母材和焊缝金属中的较低值。A.1.2在未能实测被评定母材拉伸性能的情况下，可以按照国家相关材料标准和相应钢号选取材料的有关拉伸性能指标。A.1.3未能实测而又不能从有关标准中查到相应数据时，可通过可靠方法利用硬度测定值估算材料强度的参考值。A.2母材和焊接接头断裂韧度的测定方法A.2.1缺陷评定中所使用的母材和焊接接头断裂韧度应采用标准实验方法来确定。A.2.2平面应变断裂韧度KlC应按现行国家标准金属材料平面应变断裂韧度KlC试验方法(GB/T4161)规定的方法测定。A.2.3CTOD断裂韧度初立按现行国家标准金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法(GB/T21143)规定的方法测定。可采用下列两种CTOD临界值：B,一一当M小于0.2mm钝化偏置线时出现非稳定裂纹扩展或pop-in时的CToD断裂抗力;2bl一一稳定裂纹扩展为0.2mm钝化偏置线时对应的非尺寸敏感断裂抗力沆A.2.4J积分试验应按现行国家标准金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法(GB/T21143)规定的方法测定。可采用下列两种/临界值：(b)一一当。小于0.2mm钝化偏置线时出现非稳定裂纹扩展或PoP-in时的J积分断裂抗力；Jo2bl一稳定裂纹扩展为02mm钝化偏置线时对应的非尺寸敏感断裂抗力人A.2.5CToD和J积分试验中，载荷-位移曲线上的突进(PoP-in)行为，应按现行国家标准金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法(GB"21143)的规定进行检验。特别是对焊接接头等非均质材料，试验后有必要对试样进行解剖检查，以确认裂纹尖端已处于有最大数量微观脆性组织的区域。A.2.6在不能用标准方法进行断裂韧度测试时，容许按现行国家标准金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法(GB/T2U43)附录K"剖面法测定CTOD值”的规定进行试验，用金相剖面法测定获得CToD起裂值4和估算J起裂值/oA. 2.7如果被评定钢结构的服役条件中存在介质和温度等环境因素的影响，则应在实测数据时的试验条件中加以考虑。A.3实测断裂韧度数据的选用A.3.1当采用单试样法测定时，断裂韧度取三个同类试验结果的最低值。出现下列情况时，应追加三个同样的试样并采用全部六个试样数据中的第二个最低值作为评定用数据；如果进行了更多的追加试验，则按表A.3.1的当量值选取评定用数据。1对平面应变断裂韧度KQ当最小值小于三个试验结果平均值的70%或者最大值大于平均值的1.4倍：2对CToD断裂韧度和J积分，当最小值小于三个试验结果平均值的50%或者最大值大于平均值的2倍。表A.3.1断裂韧度最小值的当量值试验次数当量值3-5最低值6-10第二个最低值11-15第三个最低值A.3.2采用多试样法测定时，应按最小二乘回归方法获得的数值减去1倍标准偏差所得的值作为评定用数据。A.4母材和焊接接头应力强度因子断裂韧度替代取值经验公式如无开展断裂韧性测试的条件，母材和焊接接头的应力强度因子断裂韧度Kmm可采用替代取值经验公式计算。评定时，可根据实际情况，选择本附录中相应的公式计算。A.4.1铁素体钢断裂韧度替代取值经验公式1断裂韧度下限值估算公式对于碳钢和低合金钢，可按照式（A.4.1-1）保守给出断裂韧度下限值：Kmat=36.5+3.084exp0.036（7,-Tref+56）（A.4.1-1）式中：T为评价温度，单位为。C;Tf可取为基准无塑性转变温度R7ndt°KmiH为考虑板厚影响的材料下平台及近下平台区断裂韧度，单位为MPa而；若没有数据表明材料断裂韧度上平台有更高的数值，式（A41）确定的Knm最大值取值如下：1）对于化学成分不明的材料取为IlOMPa而：2）对于低硫钢（含硫量不大于0.01%）取为220MPa而。2由夏比冲击功估算断裂韧度1）在下平台及近下平台区域不考虑板厚影响时，可按式（A.4l-2）估算：Kmat=14.6（K%）°5（A.4.1-2）式中：KL为夏比V型缺口标准试样上平台冲击吸收能力，单位为J。考虑板厚影响时，按以下方法估算KQa）对于高硫钢（含硫量大于0.01%）,取式（A.4.1-3）和式（A.4.1-4）计算所得的较小值；b）对于低硫钢（含硫量不大于0.01%）,取式（A.4.13）和式（A.4.1-5）计算所得的较小值。(A.4.1-3)Kmat=(12i-20)(25F)o2+20Kmat= 0.54KV2 + 55(A.4.1-4)(A.4.1-5)E(O.53(KK2)128)(.2o133<v2)o2s6)IOOO(I-Vz)式中：B为钢材板厚，单位为m。2）在韧-脆转变区按照式（A.4.1-1）估算,Kef取材料夏比冲击功等于20J（碳钢）及27J时（Cr-Mo钢）的温度。3）在上平台区按式（A.4.L6）估算：殳照=0.52华一0.02）（AA1-6）OSs）式中：s为评定温度下的材料屈服强度，MPaoA.4.2奥氏体钢断裂韧度替代取值经验公式确定奥氏体钢材无。相脆化条件下，奥氏体钢母材断裂韧度Kmat可取为220MPa.而，焊缝断裂韧度Kmal可取为132MPa而O附录B焊接接头中因错边引起的二次弯曲应力计算B.1总则B. 1.1本附录提出的焊接错边主要包括轴向错边和角度错边。B.1.2同时存在轴向错边和角度错边时，由此产生的二次弯曲应力等于两者各自引起的弯曲应力的叠加。B.2对接接头B.2.1平板对接接头的轴向错边ISB.2.1平板对接轴向错边如图B21所示，由于轴向错边引起的二次弯曲应力b,按式（B.2.1）计算:)式中：K为取决于接头边界约束的影响因子。e为两板件间的错边距离，B为板件厚度，12分别为两板件的长度。板件无边界约束时，=6。当荷载作用距离接头位置较远时，可以假设/1=，2。B.2.2不同厚度平板对接接头的轴向错边图B.2.2不同板厚对接的轴向错边如图B.2.2所示，由于轴向错边引起的二次弯曲应力b,按式（B.2.2）计算:上式中，当荷载作用距离接头位置较远、且板件为无约束边界条件时，可取=5。B. 2.3平板对接接头的角度错边如图B23所示，Q单位为弧度，由于角度错边引起的二次弯曲应力Qb,当板件的边界条件为固端约束时，按式（B.2.3J）计算：=（B23/）当板件的边界条件为夹支约束时，按式（B232）计算：S=m（B.232）上式中，=式等）'B.3十字形焊接接头B.3.对接或者角焊缝连接的轴向错边/1/232图B3l-1十字接头的轴向错边如图B.3.1-1所示，由于轴向错边引起的二次弯曲应力Qb，按式（B.3.1）计算:Qb_KekpB(l1+l2)上式中，片为取决于接头边界约束的影响因子，如下图B.3.1-2所示。对于无边界约束、荷载作用点距离接头位置较远时，可取”6和/产/2。图B.3.1-2轴向位错时K的取值示意图B.3.2对接或者角焊缝连接的角度错边如图B.3.2/所示，由于角度错边引起的二次弯曲应力Qb,按式（B32）计算:Qb_ aljll“ 一 B(+G)(B.3.2)上式中，K为取决于接头边界约束的影响因子，如下图B32-2所示。图B.3. 2-2角度错边时K的取值示意图B.3. 3角焊缝接头的轴向错边图B3.3角焊缝接头的轴向错边如图B.3.3所示，由于轴向错边引起的二次弯曲应力b,按式（B.3.3）计算:(B.3.3)Qb_J_（7WB+八上式中，OW是焊喉位置处的荷载应力，人为角焊缝高度，8为板件厚度。附录C应力强度因子Kl的计算c.1总则C.1.1适用范围本附录提供了含焊接缺陷金属结构在承载情况下，缺陷尖端部位的应力强度因子Kl的计算式，适用于平面缺陷的断裂常规评定，也适用于疲劳评定。C.1.2计算Kx时所需裂纹尺寸和应力值的确定在平面缺陷断裂常规评定计算时，所输入的裂纹尺寸。、C和应力值。m、b或Pm、Pb,Qm、Gb,应按本规程第4章和5.1节的规定确定。C. 1.3疲劳评定所需应力强度因子变化范围的计算规则1 C.2中所列各种Kl计算式形式和所附图表，均适用于按本规程第6章进行缺陷的疲劳评定时有关AK、的计算。2采用本附录所列Kl的计算式进行相应的AK、的计算时，应进行参数替代，具体规则如下：1）算式中的。m、例分别以例替代，则所得KI即为AKi;2）若5nATB分别为一次应力变化范围APm、APb时，则所得结果是一次应力变化引起的应力强度因子变化范围AF若Aom、Ag分别为二次应力变化范围AQm、AQb时，则所得结果是二次应力强度因子变化范围AkS3）计算裂纹尺寸方向裂尖处的应力强度因子变化范围时，应采用方向的裂纹构形因子启A、；计算裂纹尺寸C方向裂尖处的应力强度因子变化范围时，应采用C方向的裂纹构形因子启B、Bo3AK计算中所需输入的裂纹尺寸服C和应力变化范围值AGm、Ae或APm、Pb>gm>b,应按本规程第4章和6.1的规定确定。C.2一般规定C.2.1本附录中应力强度因子KI的一般表达式见式（C.2.1）：K1=（K）（C.2.1）C.2.2对于疲劳评估而言，相应的应力强度因子幅值AK表达式为式（C.2.2）：LK1=（）7（C.2.2）C.2.3对平面缺陷的简化评定而言，（汽）的表达式见式（C.2.3）：P=MfwMmmax（C.2.3）C.2.4对平面缺陷的常规评定而言，（%）的表达式见式（C.2.4-1）：r=(K)p+(r)s(C.2.4-l)其中，有：K=(Y)p>a(C.2.4-2)KF=(K)s(C.2.4-3)式中，(Y)p和(Y)s代表由主应力Pm及几和次应力Qm及Qb对应力强度因子的贡献，见式(C.2.4-4)和式(C.2.4-5)。(丫。)P=MfwktmMkmMmPm+ktbMkbMbPb+(km-1)(C.2.4-4)(.Y)s=MmQm+MbQb(C.2.4-5)对疲劳评估而言，(Yo)的表达式见式(C.2.4-6)：(Yo)p=MfwktmMkmMmm+ktbMkbMbLb+(km-l)m(C.2.4-6)其中，Mr、&、Mm和Mb,Mkm和Mkb,以及%、Lm、4b和见C.3节。C.3典型结构的K/计算式C. 3.1平板1含穿透裂纹的平板（见图C.3.1-1）X-8XAxisforplaneOfbending2a图C.3.1-1含穿透裂纹的的平板结构示意图应力强度因子的计算见式（C2.1）式（C.2.4）,其中,=Mn=Mb=I,启=sec（raW）°2含半椭圆表面裂纹的平板（见图C.3.1-2）图C.3. 1-2含表面半椭圆裂纹的平板结构示意图应力强度因