高性能建筑材料
对930 MPa级大直径高强度冷轧滚压螺纹预应力钢筋的S-N曲线进行深入研究。
李宇欢、常好诵、傅彦青、任志宽以及常海林等研究人员
1. ，北京
2. ，北京
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李宇欢、常好诵、傅彦青等人对930 MPa级大直径高强度冷滚压螺纹预应力钢筋的S-N曲线进行了深入研究。该研究发表在2024年第54卷第1期的《工业建筑》杂志上，页码为115至122。
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摘 要
针对大直径钢筋横截面材料的不均匀性以及钢筋螺纹根部应力集中的问题，我们对930 MPa级、直径为75 mm的高强冷滚压螺纹预应力钢筋横截面不同部位的材质进行了单轴拉伸和疲劳性能的试验研究。同时，对全尺寸钢筋进行了单轴拉伸的有限元数值模拟，旨在分析螺纹根部的应力集中情况。通过计算结果和疲劳试验数据的分析，我们修正并得到了适用于930 MPa级、直径为75 mm的高强冷滚压螺纹预应力钢筋的S-N曲线。研究结果显示，直径较大的高强度冷轧滚压螺纹预应力钢筋在单轴拉伸试验中，其应力-应变曲线未出现明显的屈服平台；对于930 MPa级别的75毫米直径钢筋，其横截面的材料性能存在显著的不同；螺纹部分的根部区域有明显的应力集中现象，该应力集中系数大约为1.74；当平均应力达到700 MPa时，该钢筋的疲劳性能与GB 50017—2017《钢结构设计标准》中，考虑尺寸效应的Z11曲线表现相近。
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引 言
[[]]我国过去常使用精轧螺纹钢筋（如图1（a）所示），然而由于生产设备和轧制技术的限制，其标准直径通常不超过50毫米；此外，短预应力钢筋在张拉后，预应力损失率可高达50%，这很容易导致混凝土结构出现裂缝，从而限制了这种钢筋在桥梁工程中的普及与运用。冷滚压螺纹钢筋（如图1（b）所示）通过冷滚压技术制成，这种工艺能够使钢筋表面结构更加紧密核电站螺纹钢材用量，进而促进表面硬化，从而提升材料的疲劳抗力。在此过程中，加工长度不受长径比的限制，钢筋直径甚至可以达到75毫米以上，并且其规格设计相当灵活。此外，这种钢筋因其高效、节能、低耗的成型特点，以及可靠的握裹力和较小的张拉回缩值，已在国际上得到较为广泛的应用。
图1 高强螺纹钢筋
目前，这种直径较大、强度高的冷滚压螺纹预应力钢筋已在港珠澳大桥、南宁英华大桥、翔安大桥等众多重要工程项目中得到实际应用。林立华等人对大直径高强度冷滚压螺纹预应力钢筋的微观结构及其力学特性进行了深入研究。研究发现，钢筋的横截面结构存在一定程度的不均匀现象，调质热处理技术尚有优化余地。通过优化调质工艺，可以有效提升钢筋的疲劳耐久性。此外，他们还提出，在设计阶段应采用多折线模型对钢筋进行计算。该文献对大直径高强度冷滚压螺纹预应力钢筋的连接锚固体系以及应力腐蚀断裂现象进行了详尽的探讨，研究发现：采用冷滚压连续全螺纹的钢筋在工艺上已相当成熟，且性能表现稳定；与之相匹配的锚具则表现出可靠的锚固效果和组装件优异的性能；当钢筋遭受应力腐蚀时，其裂纹的扩展速度与所承受的拉应力大小关联不大，而主裂纹通常出现在螺纹与螺纹底部相交的区域。陈俊等人针对大直径高强冷滚压螺纹预应力钢筋，对其张拉锚固过程中的损失以及有效张拉力水平进行了探讨。研究发现，该钢筋的预应力损失显著少于常规螺纹钢筋，其有效张拉力则是常规螺纹钢筋的0.95至1.02倍。尽管已有学者对这种大直径高强冷滚压螺纹预应力钢筋进行了较为深入的研究，但仍有不足之处。
对钢筋疲劳性能的研究相对较少，螺纹的根部区域容易出现应力集中现象，这导致了螺纹根部应力的显著增加，进而缩短了钢筋的疲劳使用寿命。
钢筋使用上缺乏明确的规范，当作为预应力筋时，对钢筋的张拉力控制标准缺乏详尽的阐述；预应力过小会导致材料消耗增加，而预应力过大则会缩短钢筋的疲劳使用寿命，进而使得结构更容易出现疲劳破坏现象。
鉴于前述不足之处，本研究针对直径为75毫米、强度达到930 MPa的高强冷滚压螺纹预应力钢筋（以下简称“该钢筋”）进行了深入探讨，对钢筋横截面上不同距离中心的材料力学性能进行了分析，确定了表层材料的应力-应变关系、延伸率以及S-N曲线；接着，考虑到螺纹根部可能出现的应力集中现象，推导出了适用于该钢筋的S-N曲线，并将其与《钢结构设计标准》GB 50017—2017中规定的S-N曲线进行了详细对比。
01
拉伸试验
1.1 试验概述
该高强冷滚压螺纹预应力钢筋，其直径为75毫米，属于930 MPa级，其化学成分及其质量百分比如表1所示。
表1 直径75 mm高强冷滚压螺纹预应力钢筋化学成分
根据GB/T 228.1—2021《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》所规定的尺寸标准，我们从钢筋的不同部位截取相应材料，将其加工成厚度为5毫米的拉伸试验样品。疲劳裂纹通常起源于材料的外层，故需特别关注表层材料的应力与应变之间的联系。为此，我们选取了由表层材料制成的标准试件（B5组）三个，以及由芯部材料制成的标准试件（X5组）一个。本研究运用了MTS 322.31（250 kN）型电液伺服疲劳试验机进行单轴拉伸实验。在试件的中部试验段安装了引伸计。试件的切割位置和尺寸可参照图2。试件的荷载、位移与应力–应变关系由测试系统自动记录。
图2 试件切取位置和尺寸 mm
1.2 试验结果及分析
在试验达到最大负荷时，样本出现颈部收缩现象，随着负荷的进一步增加，样本表面开始显现裂纹，并最终断裂。断裂后的样本形态如图3所展示，拉伸试验得到的应力-应变关系曲线详见图4，样本的试验数据与相关参数列于表2之中。试验数据显示，钢筋材料未展现出明显的屈服平台；表层材料的强度指标超过了芯部材料的强度指标；表层材料的屈服强度和极限强度均达到了GB/T 3077—2015《合金结构钢》标准中规定的930 MPa和1080 MPa；然而，试件B5-2的断面收缩率为11%，略小于规定的12%；相比之下，芯部材料的屈服强度和极限强度均未达到规定强度，其断面收缩率达到了16%，超过了规定的上限。试件数量有限，同时，钢筋的生产工艺及试件加工环节中存在诸多不确定因素，这些因素共同作用，导致试验结果呈现出一定的分散性。
图3 拉断的试件
图4 应力–应变曲线
表2 材料力学性能参数
1.3 本构模型的建立及验证
该研究对无显著屈服平台的钢材进行了探讨，并建立了一个全面的应力-应变模型，具体模型的表达式如下：
在公式中，E0代表初始的弹性模量，f0.2指的是当塑性应变达到0.2%时所对应的应力值，fu表示材料的极限强度，n是第一阶段应变硬化时的指数，m则是第二阶段的硬化指数，σ0.01是塑性应变达到0.01%时的应力值，而ε*pu是指将应力-应变曲线的坐标从原点（0,0）移动到点（f0.2,ε0.2）后，该曲线所对应的极限塑性应变。
对于ε*pu的取值，参考文献进行计算，即：
式中：εu为极限强度所对应的应变。
将实验所获取的应力应变曲线核电站螺纹钢材用量，通过应用εtrue=ln（1+εnom）以及σtrue=ln（1+σnom）的转换方法，对实验测得的应力与应变数据进行处理，从而计算出真实的应变εtrue和真实的应力σtrue。接着，将这些真实值与通过模型拟合得到的应力-应变曲线进行对照，具体对比情况可参考图5。
图5 试验与本构模型对比
结果表明，表层材料的初始弹性模量平均值达到MPa；在屈服阶段，其弹性模量降至13515~23650 MPa。通过模型表达式，可以有效描述钢筋表层材料的应力与应变关系。表层材料的n值介于20.33~40.28之间，平均值为30，且高于芯部材料的n值；表层材料的m值在2.21~3.432范围内，平均值为2.736。当缺少试验数据时，可近似取n为20~40，m为2~3。
02
疲劳试验
2.1 试验概述
疲劳试验的样品尺寸与拉伸试验样品尺寸保持一致（如图2所示），表层材料制备了7个样品（属于PB5组），而芯部材料则制备了3个样品（属于PX5组）。本次疲劳试验所使用的设备是长春仟邦生产的型号特定的高频疲劳试验机（详见图6），试验过程中采用了拉-拉循环的加载模式，加载频率设定在75至77赫兹之间。
图6 高频试验机
高频疲劳试验机通过机械系统共振的原理进行操作，一旦裂纹延伸至特定长度，其刚度会迅速减少，振动频率将低于既定标准，试验机随即停止运行。此时，在试件表面可观察到疲劳裂纹，这标志着试件的破坏。试验机预设的最大循环次数为200万次，若循环次数达到200万次而试件尚未出现裂纹，试验机将自动停止工作。
2.2 试验结果及数据处理
钢筋主要用于预应力构件，在实际使用过程中，它处于预先拉伸的状态，鉴于此，本试验中选取的试件其平均应力水平设定为500 MPa。具体的加载方法和试验数据详见表3。经过拉伸试验，我们测得钢筋内部材料的屈服强度约为800 MPa，但由于芯部试件的荷载难以达到与表层试件相同的水平，因此我们决定将芯部试件的应力幅设定为300 MPa、270 MPa和250 MPa三个不同的应力等级。
表3 疲劳试验加载制度及试验结果
图7 试件疲劳裂纹位置
从图7和表3所展示的裂纹起源点来看，观察到的裂纹均起源于试件的外部表面，内部并未出现裂纹的生成。疲劳试验的数据表明，试件中心部分的材料在疲劳方面的性能不如表层材料，这一差异主要归因于钢筋表面所残留的压缩应力对疲劳性能的提升作用。钢筋表面的这种残余压缩应力主要来源于以下两个方面：
通过滚压工艺，利用滚轮施加压力，使得螺纹区域的金属得到紧密压实，同时表层材料产生塑性变化，从而塑造出螺纹形状，并且在表面留下持续的压缩应力。
缺口部位出现了不规则的塑性变形现象。螺纹的根部因为应力的集中，导致其最大应力σmax超过了材料的屈服强度，从而在局部区域形成了塑性变形。这种塑性变形使得σmax值减小至Ktσ以下，其中Kt代表应力集中系数。螺纹根部的塑性变形区域材料被拉伸，形成了不可逆的塑性变形。外荷载被移除后，周边材料依旧保持弹性，它们会逐渐恢复到原始的变形状态，从而对塑性区域施加限制。这一过程中，塑性区会被压缩，不再是应力为零的状态，进而导致螺纹根部产生了持续的压缩应力。
依据GB/T 24176—2009《金属材料疲劳试验数据统计方案与分析方法》的规定，对表层材料的疲劳试验数据进行了详尽的统计分析。在此过程中，我们发现疲劳寿命N与循环应力幅S之间存在一种线性关联，这种关系可以通过数学模型来描述。
在公式中，x表示为N的对数，a与b均为固定数值。针对y这一变量，其可能取值为循环应力幅S或对数应力幅logS，具体选择应依据最佳的线性关系。拟合的结果具体如下所示：
式中：r为相关系数。
图8显示，两种方法得出的S-N曲线整体趋势相近，当应力幅度减小后，疲劳寿命呈现出逐渐上升的趋势。另外，疲劳试验结果存在较大分散性，而且疲劳寿命越高，这种分散性越明显。鉴于研究条件的限制，本文仅在相同的应力水平上对1至2个试样进行了疲劳测试。
图8 统计曲线对比
03
钢筋S–N曲线确定
3.1 应力集中计算
钢筋螺纹周边的受力状态相当复杂，其特点在于钢筋的外径不仅围绕着螺纹，而且这些螺纹沿钢筋的轴线方向形成了一定的倾斜角度，这一角度被称作“导程角”。1994年，Zhao提出，当导程角较小时，应力在螺纹齿间的分布几乎不受导程角的影响，其应力差异仅在1%左右，因此在进行螺纹研究时可以忽略导程角的影响。本研究在上述假设的基础上构建了有限元模型，并且为了削弱缺口区域应力因邻近缺口周围应力所引起的干扰，特别设计了包含5个螺纹的二维简化模型。该模型的几何参数和有限元分析结果详见图9。
图9 几何尺寸及有限元模型
图4显示，材料在不同位置上的区别主要在800 MPa之后显现，而在钢筋的使用和试验过程中，其平均应力并未突破材料的屈服强度，且始终保持在800 MPa以下，说明钢筋仍处于弹性状态。在这一阶段，不同位置的材料之间并没有明显的区别。此外，疲劳裂纹通常在构件的表面形成，而在表面螺纹区域，应力集中现象尤为明显，这进一步增加了螺纹区域的应力水平。鉴于此，本研究在分析时未考虑不同位置材料差异对疲劳性能的影响，而是基于均匀、同质材料构建了有限元模型。模型中分别应用了通过拟合得到的表面材料本构模型以及线性弹性本构模型，并对比了螺纹根部应力集中系数的计算结果。同时，对螺纹根部的网格尺寸进行了细化处理。模型在Y方向（即拉伸方向）上对一端施加了对称的约束条件，而另一端则受到了拉伸力的作用。图10呈现了通过不同本构模型对螺纹根部应力集中系数进行计算所得的结果。根据计算数据，当平均拉伸应力小于570 MPa时，两种本构模型在应力集中系数的计算上呈现出一致性；然而，当平均拉伸应力超过570 MPa时，利用模型计算得到的应力集中系数相对较小。由于平均拉应力一旦超过570 MPa，螺纹根部的最大应力虽未达到材料的屈服点，却已越过了其比例极限，因此材料的应力与应变之间的关联已不再呈现线性弹性特征；在这种情形下，若使用线弹性本构模型进行计算，所得结果将会偏大。
图10 应力集中系数计算结果
3.2 影响系数的确定
3.2.1 缺口疲劳系数
应力集中往往会导致疲劳强度的下降，因此在进行抗疲劳设计时，必须充分考虑到缺口部位的应力集中问题。理论应力集中系数是根据弹性理论在弹性范围内计算得出的，然而，实际中的钢筋却具有一定的塑性，这会导致螺纹根部应力重新分布。因此，仅凭理论应力集中系数来描述应力集中对疲劳强度的影响，可能会产生较大的误差。鉴于此，工程实践中通常采用缺口疲劳系数Kf来表示这种影响。众多研究者基于各式各样的假设，经过众多实验探索，总结出了一些方法与经验公式，用以描述缺口疲劳系数与应力集中系数之间的相互联系，诸如查表法、敏感系数法、应力梯度法、断裂力学法等。在目前的研究中，敏感系数法因其简便易行且实用性较强而受到青睐。
敏感系数法通过引入系数q来阐述Kf与Kt之间的差异，其间的关联公式可以表示为：
式中：q为疲劳缺口敏感系数。
提出了一种阐述应力集中系数与疲劳缺口敏感系数之间相互关系的公式，具体为：
式中：ρ为缺口半径，α为材料常数，可查表4确定。
钢筋的材料为，属于回火钢，查表4可知a=0.0635。
表4 公式中材料常数α
该处圆弧的半径数值为2.5毫米，将此数值代入公式（7）计算后，得到q的值为0.7974。
为确保结构的稳固性，依据应力集中系数的测定数据，选取了最大的应力集中系数值为1.74，将其代入公式（6）进行计算，从而得到了缺口疲劳系数，其值为1.5925。
3.2.2 尺寸系数
1994年，赵某提出，当螺纹导程角较小时，应力在螺纹齿上的分布几乎不受螺纹导程角的影响。因此，在忽略导程角影响的前提下，钢筋的任意横截面均呈现圆形。同年，他还提出了圆形截面尺寸系数的计算公式。
式中：εs为尺寸系数；d为钢筋直径，mm。
钢筋的直径为75毫米，根据公式（8）计算，得到的钢筋尺寸系数εs为0.7822。
3.2.3 表面系数
疲劳裂纹主要源自于表面，因此构件表面的状态对于其疲劳性能的优劣起着至关重要的角色。在《抗疲劳设计手册》中，零件表面的状态对其疲劳性能的影响是通过表面系数b来体现的，这个表面系数涵盖了加工系数β1、腐蚀系数β2以及表面强化系数β3。
在1986至1987年间，郑州机械研究所对表面加工系数进行了深入研究，采用了8种不同材料以及5种不同的终加工技术，并据此绘制了表面加工系数的曲线图（见图11）。鉴于本文所采用的钢筋生产工艺为冷滚压，且属于锻造工艺范畴，因此β1的取值设定为0.55。
图11 表面加工系数曲线
本篇文章未对钢筋在海水和酸碱溶液等腐蚀性环境中使用的情况进行探讨，故未将腐蚀系数β2纳入考量范围，故此系数被设定为1。
查阅《抗疲劳设计手册》可以找到表面强化系数的相关信息，手册中详细列出了钢滚压处理前后的疲劳极限数据（见表5）。依据表5中的数据，通过插值法计算得出钢筋的表面强化系数β3，其值为1.25。
表5 钢滚压前后疲劳极限
3.3 S-N曲线修正
本研究采用的模型（如图12所示）对钢筋在多种荷载级别下的疲劳寿命进行了预测。该模型在分析过程中，特别关注了具有缺口结构的构件在高低周疲劳区域中切口所呈现的独特影响，并引入了一个名为K’f的系数。该系数在N值为1000的条件下，定义为光滑试样的疲劳强度S1000与带有缺口试样的疲劳强度S’1000之间的比值。同时，模型还将K’f与Kf之间的关联关系通过一个无量纲的系数q’1000来表示。
图12 模型
图13展示了钢、铝、镁这三种材料在q’1000值与极限强度之间的经验关系曲线。根据该图，当材质的极限强度达到1080 MPa时，对应的q’1000值为0.4。将此值代入公式（9）中，可以计算出K’f的值为1.237。
图13 钢、铝、镁在不同强度下的 q'1000
图8显示，在寿命较长阶段，运用表达式更为稳妥；而在寿命较短阶段，采用Wöhler表达式则更为安全。鉴于此，本文在N等于1000的情况下，使用Wöhler表达式来估算应力幅；而在N达到2×10^6时，则采用表达式进行计算，如图14所示。通过连接这两个点，得到的直线将表达式和Wöhler表达式的两条S-N曲线包围，确保钢筋具备充足的安全余量。本研究基于模型对材料S-N曲线进行了调整，经过调整后，我们获得了适用于钢筋在平均应力达到500 MPa条件下的S-N曲线。
K’f的值为1.237，Kf的值为1.5925，εS的值为0.7822，β1的值为0.55，β2的值为1，β3的值为1.25。
图14 包络两种表达式的S–N曲线
04
钢筋张拉应力值确定
疲劳寿命受平均应力作用的影响，学者们提出了多种不同的计算公式，其中较为成熟的有多种模型，如模型、模型、模型等。在这些模型中，有的模型较为保守，有的则偏向于风险，而有的则偏向于保守。鉴于此，工程实践中更倾向于使用模型。通过将不同的Sm值代入，可以得出不同平均应力条件下的S-N曲线，其模型表达式具体如下：
在公式中，应力幅用Sa表示，平均应力记作Sm，对称荷载作用下的疲劳极限称为S-1，而极限强度则用Sb来标识。
我国《钢结构设计标准》GB 50017—2017根据连接种类的不同，设定了14条用于疲劳分析的S–N曲线。在这14条曲线中，Z11曲线是专门针对受拉高强螺栓的螺纹母材设计的，其性质与钢筋螺纹相似。因此，我们将不同平均应力条件下的S–N曲线与Z11曲线置于同一坐标系中进行比较，具体见图15。若螺栓的直径超过30毫米，则必须运用折减系数γt对应力幅进行调整，以反映尺寸带来的影响；具体的计算公式为：
式中：d为螺栓的直径，mm。
图15展示了不同平均应力水平下的钢筋S-N曲线，以及与之相对的采用Z11连接方式的S-N曲线之间的对比。
钢筋的直径测量值为75毫米，这一尺寸超过了30毫米的标准，根据相关计算，得出的折减系数γt为0.79527，经过折减处理后的Z11曲线如下所示：
图15显示出，当平均应力逐渐上升时，钢筋的疲劳耐受度呈现下降趋势，S-N曲线呈现出负向倾斜，其斜率范围在3至4之间，这一结果与GB 50017—2017《钢结构设计标准》中规定的斜率值（3或4）相吻合。当钢筋的平均应力达到700 MPa时，其疲劳特性与基于尺寸效应考虑的Z11曲线所展现的疲劳特性相仿；特别是在使用寿命较短的情况下（不超过10万次），这两条S-N曲线几乎完全吻合。
05
结束语
该930 MPa级的大直径高强度冷滚压螺纹预应力钢筋的横截面材料呈现不均匀特性。经过滚压处理，其表层材料的极限强度和屈服强度均超过了芯部材料；钢筋材料缺乏明显的屈服平台，而通过相应的模型，可以有效地描述其应力与应变之间的关系。
930 MPa级的大直径高强冷滚压螺纹预应力钢筋在经过滚压处理之后，其表层材料会形成残余压应力，这一特性使得其疲劳性能显著超越芯部材料；根据GB/T 24176—2009《金属材料疲劳试验数据统计方案与分析方法》的相关规定，对试验数据进行了详尽的统计分析，分析结果揭示出应力幅与疲劳寿命之间存在显著的线性关联。
当平均拉应力小于570 MPa时，无论是使用线弹性模型还是其他模型，都可以精确计算出螺纹根部的应力集中系数；然而，一旦平均应力超过570 MPa，由于螺纹根部局部区域的材料已超过比例极限，线弹性模型计算出的应力集中系数会偏高，此时应当转而使用本构模型来进行求解。
通过模型对表层材料的S-N曲线进行校正，成功获得了适用于930 MPa级别的大直径高强冷滚压螺纹预应力钢筋的S-N曲线；依据该模型，钢筋在各个不同平均应力水平下的S-N曲线也被计算出来；特别地，当平均应力达到700 MPa时，其S-N曲线与GB 50017—2017标准中考虑尺寸效应的Z11曲线十分接近。
作者简介
常好诵，担任正高级工程师职务，同时具备一级注册结构工程师和一级注册建造师（房建）资格。他是国家钢结构质量检验检测中心的副主任，担任首席专家，并在专业技术领域内，尤其是钢结构检测方面，被誉为首席专家。中国钢结构协会的特邀常务理事，焊接与连接分会的常务副理事长兼技术专家，中国工程建设标准化协会的标准审查专家，建筑物鉴定与加固专业委员会的副主任委员，中国金属学会冶金建筑分会的主任委员，住建部建筑维护加固与房地产标准化技术委员会的委员，中国建筑学会工程诊治与运维分会的秘书长，《工业建筑》期刊的编委，北京市房屋建筑应急评估的专家，以及泉州欣佳酒店“3.7”坍塌事故国务院调查组的技术组成员。
主要致力于对现有建筑结构的可靠性进行评估，研究钢结构的疲劳问题，控制结构振动，以及评估和增强结构的抗震性能。曾参与完成5项省部级课题，2项中国工程院的战略咨询项目；独立主持完成了1项“十三五”重点研发计划项目和1项课题；以及1项科技助力经济的2020专项。目前，我负责国家自然科学基金面上项目一项，领导中冶集团181课题一项，同时担任科研助理参与中国工程院战略咨询项目的研究。我参与编写或独立编写了全文强制规范两部、国家标准和行业标准五部、团体标准八部，以及正在编写中的各类标准十部。此外，我出版了编译著作三部，发表了三十多篇论文。在专利方面，我获得了十九项发明专利的授权，以及十八项实用新型专利的授权。荣获国家科技进步奖二等奖两次，以及省部级奖项共十一项，还有一项标准科技创新奖。在2023年，被中国钢结构协会授予“钢结构杰出人才奖”。
傅彦青，一位正高级工程师，身兼数职：担任中国工程建设焊接协会的副秘书长以及专委会副秘书长，中国钢结构协会钢结构焊接与连接分会的秘书长，中国钢结构协会的理事和专委会的专家，中国工程建设标准化协会的专家，中国科协与北京市科协在工程领域的评审专家，北京市科委科技项目评审专家，国家技能比赛中的焊接、无损检测、建筑金属构造项目的裁判，同时也是硕士生导师。担任“十四五”国家重点研发计划课题负责人，参与国家级及省级研发项目共计8项。专注于钢结构材料、焊接技术、高端无损检测技术的研究，并致力于相关工程示范和标准化工作。荣获中国专利优秀奖一次，北京市发明专利特等奖一次，以及其他省部级科技奖项12项。担任国家标准、行业标准和团体标准的主编或参与编写工作，主持编制团体标准12项。
李宇欢，持有硕士学位，担任助理工程师职务，其学业成就源自西南交通大学土木工程领域的深造，目前专注于对高性能钢材疲劳特性的深入研究。曾先后参与多个国家级科研项目，包括国家自然科学基金委员会资助的“含焊接缺陷不锈钢结构节点疲劳性能退化机理研究”项目、“十四五”国家重点研发计划中的“耐候钢-不锈钢复合桥梁钢板制备及应用关键技术研究”项目，以及北京工人体育馆改造复建工程（一期）中的“厚板低温焊接接头组织性能研究”项目等。
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