海口镀锌角铁

温度和电流密度对镀铬层硬度有很大影响，这种影响如图4—23所示。一定电流密度下，常常存在着一定获取硬铬镀层有利温度，**或低于此温度，铬层硬度将随之。生产上一般采中等温度（45～60℃）与中等电流密度（30～45A/dm2）以光亮和硬度较高铬镀层。尽管镀取光亮镀层工艺条件相当宽，考虑到镀铬液分散能力差，在形状复杂零件镀装饰铬或硬铬时，欲在不同部位都镀上厚度均匀铬层，必须严格控制温度和电流密度。当镀铬工艺条件确定后，镀液温度变化好控制在土（1～2）℃之间。镀层结合力由于镀铬电解液分散能力和深度能力较差，对某些形状复杂零件会现漏镀现象。在镀硬铬时，也常因结合力不好而产生镀层起皮现象，在生产操作中，可采以下几种措施。

不管是什么产品，镀锌的主要目的就是延长钢铁的使用寿命，但是即使你开发出的镀层防腐性再好，如果钢铁产品在镀锌过程中的出现的缺陷没有检验出的话，较终产品的防腐性能还是不能够达到要求。

对于表面处理质量的另一个指标- - 粗糙度，不同冷镀锌材料对粗糙度的要求不同。在锌加(Zinga)的施工说明中，要求平均粗糙度Ra=12.5 ，即粗糙度Rz=55~75微米。在"强力锌"及"罗巴鲁"施工说明书中，对粗糙度的要求略低，Rz=40~60微米。

如果冷镀锌单独成膜，作为防腐涂层时，表面粗糙度可控制得略小一点，以保证冷镀锌的涂层厚度;而当冷镀锌作为重防腐涂料的底层，总配套涂层厚度大于180微米时，为保证整个涂层的附着力，钢材表面粗糙度Rz应大于60微米。

试验试件采用角钢螺栓抗剪连接，如图1所示。角钢型号为63×5，尺寸如表1所示。试件均采用Q235B钢，由上连接板、下连接板和角钢组成。上连接板的尺寸为350 mm×120 mm×10 mm，与角钢焊接；下连接板尺寸为600 mm×120 mm×10 mm，与角钢螺栓连接。


a—试件正面；b—试件侧面。
1—下连接板；2—上连接板；3—角钢；4—1号螺栓孔。
图1 角钢螺栓连接试件示意

试验连接板均从同一钢板上截取，角钢从同一根角钢上截取，保证材料性能相似性。螺栓采用8.8级M16高强螺栓，防止螺栓杆被提前剪断，螺栓未施加预紧力，保证角钢承压破坏。根据GB 50017—2003要求，螺栓孔径取17.5 mm。试件的

参数尺寸:螺栓端距e1=1.5d0(d0为螺栓孔径)；螺栓间距e=3d0;螺栓边距e2如表1所示，表中螺栓边距指螺栓孔中心到肢背的较小距离。

表1 试件尺寸 mm


角钢型号长度l边距e263×596525303540

试验采用WE—2000A液压式**试验机，对试件进行竖向拉伸加载，荷载-位移曲线由计算机直接读取绘制。上、下连接板厚度为10 mm，保证试件在受力过程中角钢先发生破坏。在竖向保持同轴受拉，使试件受力更合理同时保护设备。在正式加载前，需要对试件进行预加载，使螺栓孔与螺栓杆贴合紧密，并确保设备仪器正常工作。预加载至 30 kN时，将荷载卸载直零，再进行单调加载，加载速率控制在2 mm/min，观察并记录荷载-位移曲线。

在角钢上分别截取3个试件进行材性试验。材性试验结果如表2所示，表中试件编号CX表示材性试件。试件的截取符合国家标准GB/T 2975—1998《钢及钢产品-力学性能试验取样位置及试样制备》和GB 6397—86《金属拉伸试样》规定；试验试件尺寸实测值如表3所示。

表2 Q235钢材力学性能


试件编号弹性模量E/105MPa屈服强度fy/MPa抗拉强度fu/MPa屈服应变εy强化应变εst极限应变εu伸长率δ/%屈强比CX63-521427540901282522192290672

注：表中数据为3个试件平均值。

表3 试件实际尺寸 mm


角钢型号实际长度l肢宽(长)r1肢宽(短)r2肢厚t边距e263×5-25965562926304524252263×5-30965763266292522303863×5-35966263146296504352863×5-409658630863145164026

注：角钢型号中横杠后面数字代表该试件对应的螺栓边距，mm。

1.2 试件破坏特征


a—破坏路径;b—破坏模式1;c—破坏模式2。
图2 试件破坏模式

试件典型破坏模式如图2所示，可以观察到，破坏均发生在1号螺栓孔处。试件的加载历程及较后破坏特征描述如下：加载初期，试件没有明显变形；当试件63×5加载到128 kN，构件进入塑性阶段，可明显观察到1号螺栓孔被拉长。图2b为角钢破坏模式1，该破坏模式为角钢发生明显颈缩，随即被拉断；图2c为角钢破坏模式2，该破坏模式为螺栓对角钢的挤压冲切破坏。试验试件均发生横截面撕裂破坏，但由于边距不同，塑性区和撕裂方式存在一定差别，如图2所示。当螺栓孔边距分别为25，30 mm时，塑性区分别出现在A点和C点附近，随后塑性区沿AB和CD路径扩展，至试件承载力明显下降并发生撕裂破坏，如图2b所示；在螺栓孔边距分别为35，40 mm时，塑性区首先出现在A点，随后塑性区沿AB路径扩展，至AB完全被撕裂，承载力明显降低并发生撕裂破坏，如图2c所示。

1.3 极限承载力

试件的极限承载力F和变形Δu如表4所示。可知：随试件边距的增加，与极限承载力对应的变形在减小，表明边距对角钢的延性有较大的影响。

表4 极限承载力和变形


角钢型号极限承载力F/kN变形Δu/mm63×5-2520129863×5-3019725963×5-3518521563×5-40179201

1.4 荷载-位移曲线

试验数据由计算机自动读取记录，在施加荷载的过程中自动绘制荷载-位移曲线，如图3所示。可以看出：试件在抗剪破坏过程中具有一定共性，但并不完全相同，同一组试件的荷载-位移曲线在弹性阶段略有偏差，这是由于试件在加工安装过程中螺栓拧紧程度不同造成的初始偏差。


图3 63×5试件荷载-位移曲线

加载初期，试件为弹性阶段，随着荷载的增大，1号螺栓孔附近出现应力集中，使角钢很快进入塑性阶段，曲线出现明显弯折。由于试验采用高强螺栓，避免螺栓杆被剪断，保证角钢发生承压破坏，同时钢材具有良好的延性，所以曲线的屈服平台较长。综合图3和表4可以看出，螺栓边距分别为25 mm和 30 mm 时，试件发生颈缩破坏，角钢承载能力与延性较大；螺栓边距分别为35，40 mm时，试件发生螺栓挤压冲切破坏，角钢承载能力与延性较小。所以在螺栓边距设计时，应避免角钢出现挤压冲切破坏。

2 有限元模型
2.1 单元类型与网格划分

连接板、角钢及螺栓均采用三维实体单元C3D8R模拟，角钢与下连接板的相互作用定义为罚接触，试算时摩擦系数取0.35，角钢与上连接板采用绑定(Tie)接触。网格划分质量直接影响有限元的计算时间和精度，角钢的性能是本试验研究的重点，在网格划分中，种子的全局尺寸相对较小，针对螺栓孔附近出现应力集中的情况对其进行局部加密，保证计算结果的精度。

2.2 本构关系

根据材性试验，选用三折线应力-应变关系，如图4所示，其中εy、εst和εu分别为屈服应变、强化应变和极限应变；σy和σu分别为屈服应力和极限应变。Q235钢材的性能参照材性试验值，有限元模拟的材料力学性能如表5所示。


图4 Q235钢材应力-应变曲线

表5 有限元材料力学性能


试件弹性模量E/105MPa屈服强度σy/MPa极限抗拉强度σu/MPa螺栓210640800

2.3 边界条件与加载

试验中没有对高强螺栓施加预紧力，所以在有限元模拟也未施加螺栓荷载。下连接板的固定端面施加固定约束，以位移控制模式对试件进行加载，加载方向如图5所示，加载量为35 mm。


图5 边界条件与加载

有限元模拟中设定了两个分析步。*1个分析步在上连接板中施加0.5 mm的位移荷载，使螺栓杆与螺栓孔壁平稳地建立接触；*2个分析步正式在上连接板施加35 mm的位移荷载。

3 有限元结果与试验结果对比验证
利用上述的ABAQUS有限元模型，对试验试件进行数值模拟。模拟结果与试验结果对比如下。

3.1 破坏模式对比

典型破坏模式的试验与有限元对比如图6所示，试件均在1号螺栓孔附近发生破坏。图6a中，角钢在1号螺栓孔附近出现颈缩，随即被拉断；图6b中，角钢在1号螺栓孔附近发生挤压冲切破坏。角钢型号为63×5，螺栓边距为25 mm和30 mm的角钢，有限元模拟的破坏模式如图6a所示，螺栓边距为35 mm和40 mm的角钢有限元模拟的破坏模式如图6b所示。在角钢不同螺栓边距下，有限元得到的破坏模式均与试验相吻合。

3.2 荷载-位移曲线对比

试件的荷载-位移曲线如图7所示，由图中可以看出：在加载初期，试件处于弹性状态，由于1号螺栓与孔壁接触产生较大的应力集中使角钢进入塑性阶段，同时钢材具有较好的延性及采用高强螺栓保证螺栓不被剪断，所以荷载-位移曲线的屈服平台较长。同时，图7中有限元模拟与试验的荷载-位移曲线在各个阶段吻合较好，证明了有限元模型的正确性。


a—试件破坏情况一；b—试件破坏情况二。
图6 试验与有限元破坏模式的对比


a—63×5-25；b—63×5-30；c—63×5-35；d—63×5-40。

图7 荷载-位移曲线对比

3.3 极限承载力对比

角钢螺栓连接极限承载力试验值与有限元计算值的对比如表6所示。可以看出：有限元模拟值与试验值的相对误差在5%以内，验证了有限元模拟值与试验值相吻合。

表6 极限承载力对比


角钢型号Fmax/kNPmax/kN二者误差/%63×5-2520119434863×5-3019719320363×5-3518518310863×5-40179181112

注：Fmax为试验极限承载力；Pmax为有限元计算得出的极限承载力。