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超高强度钢材钢结构工程应用

编辑:胡玲娟 来源:中国知网 时间:2017-04-19 09:40:25 浏览次数:

摘要:超高强度钢材,就是比传统钢材具有更加出色的杭拉性能和韧性,重量更轻,焊接和成形性更加良好的钢材。超高强度钢材的出现,提升了钢结构工程的建设质量水平,促进了建筑行业的发展。新时代的钢结构工程施工,必须充分发挥超高强度钢材的种种优势,创造更多的经济效益。文章分析超高强度钢材的性能优势,列举部分国家的钢结构建筑工程实例,分析超高强度钢材在钢结构工程的具体应用方式。

  钢结构是建筑工程中常用的一种结构类型,其建筑质量水平与钢材料的性能具有直接联系。近年来随着科学技术的飞速发展,钢材的制造技术水平也在不断提高,钢材的强度、韧性、可塑性也越来越高,逐渐应用到钢结构工程的实际施工当中,促进了我国建筑行业的发展进步。目前,国外已经广泛在建筑工程、桥梁工程中应用以超高强度钢材为主的钢结构。我国建筑行业要积极汲取国外建筑行业的经验,提升我国超高强度钢材的应用水平,提升我国钢结构工程的建造质量。


钢结构工程


1超高强度钢材的性能和优势

1. 1性能

    超高强度钢材起源于20世纪的40年代中期,是由美国钢铁制造企业对高强度钢材进行淬火和低温回火所制造出来的,其抗拉强度为190kgf/mm`。后来随着制造技术的不断改进,超高强度钢材的性能水平也在逐渐提升。我国生产超高强度钢材是从20世纪50年代开始的。按照冲击韧性的不同,超高强度钢材可以分为Q, QL, QL1三个类别。从化学成分含量上来看,三种类别的超高强度钢材大同小异,碳、硅、锰、氮、硼、镍等元素的含量基本相同,只有磷和硫的含量不同。其中,磷的含量随着冲击韧性的增强逐渐减少,而硫的含量随着冲击韧性的增强逐渐增加。超高强度钢材在低温环境下仍能抵抗一定的冲击,根据实验得到的数据:Q级别的超高强度钢材在0℃的情况下的最小冲击功为30J;  QL级别的超高强度钢材在0 的情况下的最小冲击功为35J; QL1级别的超高强度钢材在0℃的情况下的最小冲击功为40J。而且各个级别的超高强度钢材能够保持性能的最低温度限度也不同,Q, QL, QL1级别钢材分别能够在零下20 0C、零下40 0C、零下60℃的情况下保持性能。


超高强度钢材


1.2优势

    相比传统工艺制造出来的普通钢材,超高强度钢材具有以下几个方面的优势:

     (1)经济性方面。对于同一种类型的钢构件来说,用超高强度钢材所制成的构件比用普通钢材制成的构建尺寸更小,重量更轻。另外,超高强度钢材所制成的钢构件在焊接时消耗的材料少,工作人员的花费的体力也少,降低了安装和运输的难度,减轻了施工单位的成本负担。钢结构工程当中大量运用超高强度钢材,能够营造出更加广阔的室内空间,有利于室内的布局设计,无形中增加了钢结构建筑的经济效益。

     (2)利用超高强度钢材,符合我国的可持续发展战略。利用超高强度钢材制造建筑构件,花费的钢铁矿石资源数量会大大减少。同时,在焊接过程中花费的焊接材料和各种涂层材料也会大大减少,节省了各种能源,缩减了建筑施工的成本。由于环保观念的渗透和深入,我国建筑行业逐渐开始向效益优先、资源节约、环境友好的方向发展。而超高强度钢材的大规模应用,正符合了建筑行业的这种发展趋势。

     (3)有利于国民生产总值的增加。钢铁工业一直是消耗能源的大户,在为我国经济发展做出巨大贡献的同时,也存在巨大能源消耗、环境污染等问题,导致钢铁工业的产值难以进一步提高,钢铁工业的发展受到巨大阻碍。根据我国国务院制定的五年发展规划:我国钢铁工业要进一步提高钢铁冶炼的技术水平,降低钢铁冶炼的能源消耗,将钢铁冶炼所造成的环境破坏降到最低程度。这就为超高强度钢材的大规模普及应用营造了非常良好的环境。


2超高强度钢材钢结构的应用实例

2. 1德国

    德国是建筑行业、机械制造行业和汽车行业极为发达的欧洲国家。德国的许多著名建筑都采取了钢结构的结构类型,并且大规模应用了超高强度钢材。位于德国首都柏林的SONY中心大厦,是钢结构工程中的典型代表。这栋大厦的结构十分特殊,有一部分楼层是悬挂在屋顶析架上的,这是为了对析架下方的建筑形成保护作用。其中,屋顶析架的主要材料就是型号为S460S690的超高强度钢材。S460钢材的强度标准值为460MPa,S690钢材的强度标准值为690MPa。使用这两种钢材,既能够保证屋顶析架在低温状态下的性能,又能够缩小构件的尺寸,减少横截面面积。


2. 2日本

    日本位于环太平洋地震带上,国内地震灾害频繁,对于建筑的稳定性具有很高要求。所以日本的许多高楼大厦都采用了以超高强度钢材为主的钢结构。日本建筑所运用的结构钢材强度在400490MPa。在施工过程中,利用超高强度钢材,能够有效减小截面钢板的厚度,让焊接缝的尺寸变小,变相提高了焊接质量。施工人员也对建筑的内部结构做出了调整,改变了建筑钢结构的自振频率,避免在发生地震时由于共振现象而产生更加严重的破坏。


2. 3中国

      “鸟巢”是我国人民对位于北京的国家体育场的爱称,也是2008年北京奥林匹克运动会的举办场所。鸟巢是由国际知名建筑设计师雅克·赫尔佐格、德梅隆和我国建筑设计专家李兴刚等人共同设计的,由北京城建集团施工建设,总造价高达22. 67亿元。鸟巢的结构类型复杂,其中钢结构部分大量采用Q460超高强度钢材。Q460钢材属于低合金高强度钢,是一种制造难度非常大的超高强度钢材。我国在鸟巢的钢结构施工中首次运用Q460钢材,极大增强了鸟巢钢结构的稳定性。


“鸟巢”


3结束语

    超高强度钢材相比传统钢材,具有更加出色的性能和更大的制造难度。随着社会的发展,建筑行业向着能源节约的可持续方向发展,超高强度钢材的大规模应用势在必行。我国的建筑行业应当积极借鉴其他国家的钢结构工程施工经验,提高超高强度钢材的应用水平,促进钢结构工程施工的经济效益提高。


参考文献:

[1]李国强,王彦博,陈素文,等.高强度结构钢研完现状及其在杭震设防区应用问题[J].建筑结构学报,2013, (1) :1-13.

[2]陈冒权,柳文.高强度钢材钢结构的受力性能及民用工程应用[J].上海建设科技,2015, (4)60-62.

[3]邱林波,刘毅,侯兆新,等.高强结构钢在建筑中的应用研完现状[J].工业建筑,2014, (3)1-5+47.

 

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