高性能钢在结构工程中的研究和应用进展论文_朱勇

高性能钢在结构工程中的研究和应用进展论文_朱勇

(中冶赛迪工程技术股份有限公司,重庆 400000)

摘要:随着人们生活水平的提高,人们对建筑的要求越来越高,钢材在建筑中的意义重大。高性能钢在强度、韧性、可焊性和抗腐蚀性等方面优于传统钢材。如果将材料优势、设计与施工最优化结合起来,就可以显著降低成本,使结构更加合理耐久,降低对不可再生资源的消耗等。针对此情况,本文将会阐述高性能钢在结构工程中的研究及应用进展相关内容。

关键词:高性能钢;结构工程中;应用进展;

为了满足本世纪国家经济和社会发展的需求,相关研究人员开发了新一代高性能钢铁材料的生产技术及其加工技术,降低钢铁材料同比消耗,提高材料寿命、提高材料寿命,为建筑工程的发展提供了强力的支持,在结构工程中起到的作用日渐重要。

一、高性能钢在结构工程中的研究

1.高性能与高强钢建筑结构用钢。当前我国的钢结构主要求高强度低合金钢和碳素结构钢,在《低合金高强度结构钢》的规定中,通过强度高低对高强度低合金钢划分成八个类型,将大于460MPa 的钢材列为高强钢。担当厚钢板的厚度大于50mmshi , 会减少高强度低合金钢中的强度屈服。依照建筑抗震设计规范可知,在地震易发区钢地屈服强度应小于0.85,且屈服平台应具有伸长率,其需要大于20%。当前的建筑结构钢板主要为GJ 钢,其具备厚度效应少、焊接性能强、优秀的延展性以及高强度等综合性优越的钢材特征。在建筑结构用钢板中,可依据强度等级划分为五个部分,分别为:Q460CJ(C、D、E 级)、Q420CJ(C、D、E 级)、Q390CJ(C、D、E级) 、Q245CJ(B、C、D、E 级)、Q235CJ(B、C、D、E 级)。以当前在工程建设中应用较为成功的Q460CJ 为例,若是钢板厚度从18 增加值102,那么其屈强则从462MPa 减少到438MPa。此外,若是对钢材的CEV 与Pem 严格控制,将能使钢材的冲击性与可焊性得到提升,进而保证GJ 钢较高的冲击韧性与可焊性,时期的延长性和伸长率都得到保证。若是GJ 钢的屈度强度比小于0.85,就能满足对安全储备的标准要求。但在我国的钢结构材料屈强比中,并没有相关的结构规定,这就导致实际工程结构中对结构的破坏模式与变形程很难做出预期,使得结构安全性受到很大威胁。此外,对大于15mm 厚度的钢板材料,可以控制器断面的收缩率,使其的撕裂性能与方向厚度得到保证。

2.耐候钢。同建筑结构的坚实程度相比,钢结构的抗腐蚀能力差,尤其在环境恶劣的桥梁建筑中。普通钢结构在使用时需要定期进行维护和涂装,管理养护的成本较大。而添加一定和金元色的耐候钢,能通过Cr、Ni、Cu、P 等在金属的表面基层形成保护,增强钢材的抗腐蚀能力。我国对耐候钢的研究开始较晚,在上世纪六十年代研制出了最初成果,并成功用在铁路建设中。在经历较长的数据积累和实验研究后,形成更加完善的技术体系,并有了相应的制作标准。当前耐候钢可大致归纳为焊接耐候钢和高耐候钢,其中高耐候钢大致分成Q355GNH、Q310GNH、Q295GNH、Q265GNH 四类,焊接耐候钢可大致分成Q550NH、Q500NH、Q460NH Q415NH、Q355NH、Q395NH、Q235NH 七类。高耐候钢与焊接耐候钢相比,高耐候钢的焊接性能较差,而焊接耐候钢的抗大气腐蚀性较差。且两者的钢板使用厚度也有一定限制,好强度的焊接耐候钢器其钢板厚度也应不大于60mm,高耐候钢的厚度则在40mm 范围内,由于这些因素的存在,限制了耐候钢在工程应用中的发展。

3.耐火钢。为使刚才负荷《建筑设计防火规范》的需求,对钢材的耐火限度做出标准,但大多数钢材的耐火性能较低,高温环境下其强度也会随之减少,因此应在钢结构中进行防火处理。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆目前的常用处理措施是填涂厚质防火材料。但是在填涂施工时不仅加长了钢材建设周期,还是其作业环境收到了破坏,降低了建筑物的美观。这也促进了耐火钢研究工作的发展,在当前国内建设中,对新型耐火钢的研发工作已经取得里一定效果,但在未来还需要继续的深入研发。一般来说,在达到600 摄氏度时,钢材的屈服强度依旧可以达到常温屈服强度2/3,同时施工性能、焊接性与常温机械性能等常规性能可以同普通的钢结构基本保持一致,就能够达到耐火钢的定义标准。

二、高性能刚在结构工程中的应用

1.高性能钢在桥梁建设中的应用。当前高性能钢在发达国家的桥梁建设,能够有效满足桥梁建设的外观需求,并使桥墩尺寸有一定缩减。高性能钢的应用有效降低了钢板厚度和钢结构重量,并控制其焊缝尺寸是焊接工作的质量效率都有所提升,减轻焊接工作量。所以,应用结果有效提升了抢粮的使用周期,并减轻了施工负担与工期。由于桥梁结构对钢材的可焊性与韧性要求很高,因此在特殊环境下,钢材在桥梁结构中的耐久性非常重要。通过冷技工技术能够是刚才小曲率半径区域的韧性与延性大大降低。但如果曲率半径过小影响到钢材韧性,则极有可能在钢材加工中发生断裂。因此在冷弯加工后也要对材料进行延性性能的锻炼。为使低温环境下钢材性能得到延伸,减少其脆性损害,通过将冷加工把曲率半径降到5t~7t,开发出高韧性钢材。

2.高性能钢在建筑结构中的应用。高强钢在当前已经成功应用到部分建筑结构中,工程中多数使用的是460~690MPa 等级的钢材,少数工程使用的钢材还是180MPa。当前我国的高强钢应用在建筑工程中都有涉及,如鸟巢关键部位使用了700t Q460 等级钢材。此外,在意大利的钢结构住宅中也应用到了G550 的高强钢结构。

三、未来发展方向

为了完善高性能钢的设计理论,我国仍需要在以下等方面做出更多的创新性研究和工程应用。(1)新型高性能钢的开发,如非焊接高强度结构钢管、超高强度结构钢、桥梁结构专用的高性能钢等。(2)使用高性能钢的普通结构体系的设计理论和方法。(3)能够发挥高性能钢力学特性的新型结构体系及其设计理论和方法; 同时,针对不同的高性能钢,提出各自不同的设计理念以使得相关结构的综合性能最优化。(4)适用于高性能钢的连接技术及设计方法,包括焊接技术和螺栓连接技术等。同时,由于高性能钢品种繁多,对同一类产品也需要进行分别研究伸长率较小,造成相应的钢材在结构应用中无法大幅使用其塑性变形能力,而强度较低的高强钢的延性和一般结构钢相近。因此,在结构设计中,仍可以像普通强度结构钢一样,考虑使用屈服强度塑性变形能力。

我国的高性能钢结构应用发展起步较晚,虽然目前对高性能钢材料的应用已经取得了一定的效果,但是在结构结束上的研还需要进一步深入,开发其更多的结构性能应用到更多的结构建设中去。与普通钢材不同的事,高强度钢材由于屈强较大、屈服平台短等因素,最终的结构要求、抗变形能力无法达到抗震的规定标准。因此在高强度钢结构的开发方面,应尽量使其抗震能力、承载能力以及抗侧刚度得到延伸,进而提升整体的系统性能。不断完善高性能钢结构的开发成果,使其为当前的结构建设做出更大贡献。

参考文献

[1]贾良玖, 董洋。高性能钢在结构工程中的研究和应用进展[J].工业建筑,2016,07:1-9.

[2]王金学。高强钢和高性能钢在国外的应用[J]. 交通标准化,2008,09:121-123.

[3]王春生, 段兰, 胡景雨, 郑丽. 桥梁高性能钢HPS 485W 断裂韧性试验研究[J]. 工程力学,2013,08:54-59.

论文作者:朱勇

论文发表刊物:《新材料.新装饰》2018年3月上

论文发表时间:2018/9/11

标签:;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  

高性能钢在结构工程中的研究和应用进展论文_朱勇
下载Doc文档

猜你喜欢