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高性能钢材在钢结构工程中的应用与展望

发布时间:2017/1/19 11:12:55      点击次数:940
  一、现代钢结构的应用与发展对钢材的品种与性能提出了新的要求
  1.20世纪60年代我国比较严格限制钢结构的应用,当时可供应的国产钢材也只有单一的钢种与牌号——碳素结构钢3号,而设计对钢材的性能要求也基本限于强度性能的要求。近10年来,一大批各类形式复杂、使用功能要求高的钢结构工程的兴建,对钢材性能提出了更高、更新的要求,促使结构用钢不断完善性能、研发新品种。正是这种钢结构与钢材的互动发展,促使了技术进步,得以建成了多项承载性能良好的*高层、超大跨钢结构、预应力大跨度钢结构、*高塔结构和复杂管结构等现代钢结构工程。
  2.以*高层结构与超大跨空间结构为代表的现代钢结构,不仅要求在结构体系与构件型式上不断创新发展与完善,如:巨型柱-支撑与核心筒混合结构体系,钢-混凝土筒中筒结构体系,(预应力)索穹顶结构体系、双向预应力索桁架结构体系以及大截面异形柱、扭曲构件、厚板构件等,而且对钢材的材质、性能也提出了更新、更高的要求。
  二、高性能钢材的产品与特性
  1.高性能钢材是一个综合性的相对概念
  在钢材产品及标准中尚无明确的定义。按应用性能不同一般可分为以下几类:
  1)综合性能优异的钢材——在强度、延性、冲击韧性、焊接性等各方面性能均优于通用性能的钢材。如建筑结构用钢板(GJ钢)、低合金钢中TMCP交货钢材等。
  2)专用性能优异的钢材——满足某一功能要求而其专用性能优异的钢材。如“厚度方向钢板”、“耐候钢”、“耐火钢”等。
  3)截面特性优异的钢材——因截面形状更合理而具有更优化截面特性的热轧(冷弯)型材。如宽翼缘工字钢、冷弯薄壁型钢、蜂窝梁等。
  2.国内外主要高性能钢材产品及其特性
  1)建筑结构用高性能钢板(国标《建筑结构用钢板》GB/T 19879-2005)
  具有高强度、良好延性与焊接性能并厚度效应低的综合高性能中厚板材,还可附加保证Z向性能、与日本SN系列高性能钢的性能相似。其产品(牌号标记增加GJ字母代号,简称GJ钢)与性能特点如下:
  ◆ 钢材强度等级匹配合理,质量等级高。强度等级分为Q235GJ(B、C、D、E级)、Q345GJ(B、C、D、E级)、Q390GJ(C、D、E级)、Q420GJ(C、D、E级)、Q460GJ(C、D、E级)5个等级。
  ◆ 较小的屈服强度区间。同时保证屈服强度的*低值与*高值(区间差值不大于110MPa),强度性能稳定。
  ◆ 较低的厚度效应。钢材因厚度增加而屈服强度折减的幅度小。以Q345厚度50~100mm板为例,降幅为百分之6(普通Q345钢为百分之20),相当于强度设计值可较普通Q345钢提高百分之18。
  ◆ 较高的伸长率。伸长率按比例系数为5.65的比例试件值保证,其保证限值比与普通低合金钢有所提高。
  ◆ 钢材屈强比与交货条件,*大限值不大于0.85。
  ◆ 碳当量(CE)或焊接裂纹敏感指数(Pcm)作为交货基本条件,可量化的保证较好的焊接性能。
  ◆较高的冲击功保证值。各牌号E级钢低温(-40℃)冲击功保证值不小于34J,较普通低合金钢(27J)提高了百分之26。
  ◆ 可有多种保证高性能的生产工艺作为交货状态。正火、正火加回火、淬火加回火、热机械控制轧制(TMCP)等。
  ◆ 可附加保证Z向性能。可按用户要求保证厚度方向抗撕裂性能(Z15、Z25、Z35)交货。
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