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高性能鋼材在鋼結構工程中的應用與展望

發布時間:2017/1/19 11:12:55      點擊次數:435

  一、現代鋼結構的應用與發展對鋼材的品種與性能提出了新的要求

  1.20世紀60年代我國比較嚴格限制鋼結構的應用,當時可供應的國產鋼材也只有單一的鋼種與牌號——碳素結構鋼3號,而設計對鋼材的性能要求也基本限于強度性能的要求。近10年來,一大批各類形式復雜、使用功能要求高的鋼結構工程的興建,對鋼材性能提出了更高、更新的要求,促使結構用鋼不斷完善性能、研發新品種。正是這種鋼結構與鋼材的互動發展,促進了技術進步,得以建成了多項承載性能良好的超高層、超大跨鋼結構、預應力大跨度鋼結構、超高塔結構和復雜管結構等現代鋼結構工程。

  2.以超高層結構與超大跨空間結構為代表的現代鋼結構,不僅要求在結構體系與構件型式上不斷創新發展與完善,如:巨型柱-支撐與核心筒混合結構體系,鋼-混凝土筒中筒結構體系,(預應力)索穹頂結構體系、雙向預應力索桁架結構體系以及大截面異形柱、扭曲構件、厚板構件等,而且對鋼材的材質、性能也提出了更新、更高的要求。

二、高性能鋼材的產品與特性

  1.高性能鋼材是一個綜合性的相對概念

  在鋼材產品及標準中尚無明確的定義。按應用性能不同一般可分為以下幾類:

  1)綜合性能優異的鋼材——在強度、延性、沖擊韌性、焊接性等各方面性能均優于通用性能的鋼材。如建筑結構用鋼板(GJ鋼)、低合金鋼中TMCP交貨鋼材等。

  2)專用性能優異的鋼材——滿足某一功能要求而其專用性能優異的鋼材。如“厚度方向鋼板”、“耐候鋼”、“耐火鋼”等。

  3)截面特性優異的鋼材——因截面形狀更合理而具有更優化截面特性的熱軋(冷彎)型材。如寬翼緣工字鋼、冷彎薄壁型鋼、蜂窩梁等。

  2.國內外主要高性能鋼材產品及其特性

  1)建筑結構用高性能鋼板(國標《建筑結構用鋼板》GB/T 19879-2005)

  具有高強度、良好延性與焊接性能并厚度效應低的綜合高性能中厚板材,還可附加保證Z向性能、與日本SN系列高性能鋼的性能相似。其產品(牌號標記增加GJ字母代號,簡稱GJ鋼)與性能特點如下:

  ◆ 鋼材強度等級匹配合理,質量等級高。強度等級分為Q235GJ(B、C、D、E級)、Q345GJ(B、C、D、E級)、Q390GJ(C、D、E級)、Q420GJ(C、D、E級)、Q460GJ(C、D、E級)5個等級。

  ◆ 較小的屈服強度區間。同時保證屈服強度的最低值與最高值(區間差值不大于110MPa),強度性能穩定。

  ◆ 較低的厚度效應。鋼材因厚度增加而屈服強度折減的幅度小。以Q345厚度50~100mm板為例,降幅為6%(普通Q345鋼為20%),相當于強度設計值可較普通Q345鋼提高18%。

  ◆ 較高的伸長率。伸長率按比例系數為5.65的比例試件值保證,其保證限值比與普通低合金鋼有所提高。

  ◆ 鋼材屈強比與交貨條件,最大限值不大于0.85。

  ◆ 碳當量(CE)或焊接裂紋敏感指數(Pcm)作為交貨基本條件,可量化的保證較好的焊接性能。

  ◆較高的沖擊功保證值。各牌號E級鋼低溫(-40℃)沖擊功保證值不小于34J,較普通低合金鋼(27J)提高了26%。

  ◆ 可有多種保證高性能的生產工藝作為交貨狀態。正火、正火加回火、淬火加回火、熱機械控制軋制(TMCP)等。

  ◆ 可附加保證Z向性能。可按用戶要求保證厚度方向抗撕裂性能(Z15、Z25、Z35)交貨。

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