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钢结构因具有自重轻、强度高、抗震性能好、建筑造型美观、施工周期短、功能空间布置灵活、绿色环保可回收等优点而得到广泛推广。但地基不均匀沉降、地震等都会对钢结构造成损伤,钢材受损后的一段时间里会产生不同程度的应变时效,钢材在经过应变时效后变硬变脆,如仍采用初始应力-应变本构模型对经应变时效后的结构进行加固和修复,易造成抗震性能差、易开裂等问题。本文对Q460C和Q345B两种钢材展开了基于应变时效的材性试验和对接焊缝的试验,采用修正的Ramberg-Osgood模型对Q460C钢材材性试验的本构关系进行了拟合,利用有限元对Q460C钢材对接焊缝连接试件进行了焊接残余应力模拟以及单调拉伸模拟。本文主要研究结论如下:(1)对Q460C钢和Q345B钢分别制作了26个材性试件,分析了两种钢材在应变时效影响下的力学性能(以Q460C钢为主),并对应变时效对两种钢材力学性能的影响进行对比,采用修正的Ramberg-Osgood模型对Q460C钢材性试验的本构关系进行了拟合。研究结果表明:(1)钢材经预应变后有显著应变硬化现象,试件应变硬化现象在6h-12h范围内可得到恢复。(2)钢材经时效后产生时效硬化现象,试件在各时效之间应力-应变曲线区分度较小,经时效硬化后钢材的硬化程度低于应变硬化。(3)7%预应变、30d时效下,试件H4-5与试件H1-1相比,屈服强度提高27.9%,极限强度提高3%,极限应变降低80.3%,断裂应变降低53.9%。随应变时效增加,Q460C钢材强度有所提升,延性大幅降低,结构发生脆性破坏的可能性增加。(4)应变时效使钢材的屈强比增加,试件H1-1的屈强比为0.80左右,2%预应变下屈强比为0.85左右;4.5%预应变下屈强比为0.95左右;7%预应变下,屈强比接近1.0,随应变时效增加,钢材脆性增大。(5)经应变时效后钢材弹性模量有所降低,7%预应变、30d时效下,试件H4-5弹性模量为136.2GPa。(6)修正的Ramberg-Osgood模型与试验结果取得较好一致性,能够准确拟合应变时效后Q460C高强钢的本构关系。(7)对比应变时效对Q460C钢材与Q345B钢材的影响,应变时效对Q345B钢材的强度影响更显著,对Q460C钢材的延性影响更显著。(2)对Q460C钢和Q345B钢分别制作了7个对接焊缝连接试件,分析了两种钢材的对接焊缝连接试件在应变时效影响下的力学性能(以Q460C钢为主),并对应变时效对两种钢材力学性能的影响进行对比。研究结果表明:(1)在1.5%预应变、30d时效下,试件HW4-3与试件HW1-1相比,屈服强度、极限强度增幅分别为35.1%、5.1%,屈强比为0.988,极限应变降幅为47.0%;在1.5%预应变、30d时效下,试件SW4-3与试件SW1-1相比,屈服强度、极限强度增幅分别为48.7%、3.4%;极限应变降幅为95.6%。(2)应变时效对Q345B钢对接焊缝连接试件屈服强度的增幅较Q460C钢更显著,对极限强度和屈强比的影响基本相同,对Q460C钢对接焊缝连接试件的极限应变、断裂应变与弹性模量的影响较Q345B钢更显著。Q345B钢对接焊缝连接试件在2d时效时,极限应力有所降低,而Q460C钢对接焊缝连接试件极限应力提高。(3)对接焊缝连接试件破坏模式有两种,一种为母材处颈缩断裂,另一种为焊缝处撕裂。无应变时效的试件破坏位置在母材处,而经应变时效后,试件的破坏位置均在焊缝处。试件经过应变时效后,焊缝处会有一定的微裂纹,在进行第二阶段的拉伸试验时,试件焊缝处更易发生破坏。(4)预应变和时效均能影响对接焊缝连接试件的力学性能,使对接焊缝连接试件变硬、变脆,但预应变对对接焊缝连接试件的影响较时效更显著。(3)利用ANSYS有限元对Q460C钢材对接焊缝连接试件进行了焊接残余应力模拟以及单调拉伸模拟。得出以下结论:(1)由模型的温度场分布情况可以看出,焊缝处的温度明显高于母材处的温度。(2)残余应力集中在焊缝处,残余应力对焊缝处及热影响区影响显著,对远离焊缝的区域影响较小。(3)对接焊缝连接试件的有限元模拟结果中,试件的破坏模式、屈服强度、极限强度等与试验结果取得较好的一致性,交叉验证了试验及有限元模拟结果的准确性。