高强钢应用技术综述 王俊林（广州大学，广州） 摘要：高强钢结构在结构力学性能、建筑功能、社会经济效益等方面具有显着优势。本文全面回顾了国内外学者在材料和构件层面对高强钢结构力学性能的研究成果，包括材料的静态拉伸力学性能和韧性、断裂和疲劳性能、抗压稳定性等。成分。为这种新型钢结构的进一步研究工作和设计方法制定提供参考，促进其在我国钢结构工程中的应用。关键词：钢结构；高强度钢；高钢的力学性能 王（，，，华）：高钢有其在，和。 on high steel in the level of both and are , the , , and of high steel, the and of high steel.这可能既适用于又适用于中国的高钢。 ： 钢;高钢；引言 近年来，随着钢材加工技术的提高，高强度钢（通常指屈服强度不低于[1]）逐渐受到人们的重视，越来越多地应用于实际工程中。

具有良好屈服强度、极限强度、焊接性、冲击韧性、耐候性、耐磨性等综合性能指标的钢也称为“高性能钢”[2]。与普通强度钢相比，在相同结构、相同载荷下使用高性能钢具有以下优点和特点：(1)可以减少用钢量，从而降低材料成本、加工成本、运输和安装成本；（2)薄钢板会减少焊缝量，减少焊接工程量；（3)结构自重会降低基础处理和基础成本；（< @4)韧性和延展性好）结构可以抵抗大变形，提高抗震性和使用安全性。对于承受大载荷的钢结构项目，可以选择高性能钢材，可以节省资源，降低成本，并且属于绿色建筑材料，应用高强钢一方面可以进一步提高结构的安全性和可靠性，另一方面可以创造更大的建筑空间，实现建筑的安全性。矿石灵活的建筑性能[3]。 1 国内外研究现状 目前对高强钢的研究 国外对结构的研究刚刚起步，但普遍局限于构件层面的材料性能和力学性能的研究。在压缩组件方面，等。对等截面十字型钢柱的整体稳定性、局部稳定性和相对稳定性进行了研究[4]。结果表明，高强钢柱的稳定性系数显着提高。

在受弯构件方面，有学者对高强钢工字梁的局部稳定性进行了分析、计算和研究。对于梁柱接头，Girao 等人。钢框架梁柱节点域采用S690钢（屈服强度标准值690 MPa）[5]，并进行了初步研究。在高性能和高强度钢的疲劳性能方面，等。研究了超高强钢冷弯管角部的疲劳裂纹扩展，得出了疲劳裂纹扩展的类型和发展趋势。对四种结构钢（屈服强度标准值为350-900 MPa）的疲劳性能进行了试验研究，分析了不同焊后处理方法和钢强度等参数的影响。国内对高强钢结构的相关研究相对较少。这是因为改革开放前，我国冶炼技术落后，钢材产量低，工程建设中很少设计钢结构。近十年来，我国国力快速增强，钢结构建设项目快速发展，对高性能钢材的需求越来越迫切。 2010年9月高强度钢材应用技术，“钢结构设计规范”修订组与“钢结构用高性能钢应用研究专题组”在北京召开协调会。在受压弯曲构件方面、石刚等对焊接高强钢构件的整体稳定性进行了大量研究高强度钢材应用技术，并将试验结果与各国现行设计规范的设计标准进行了比较[6]。

此外，高强度钢还广泛用于输电线路铁塔。因此，对高强度等边角钢的研究也很多。李正良研究了Q460高强度等边角钢受压柱，并推荐了等效长细比的方法进行设计计算[7]。范金凯研究高强度等边单角钢轴压杆，综合考虑残余应力和几何缺陷的不利影响，提出了简单实用的稳定系数计算公式[8]。 2 高强度结构钢力学性能2. 1 静态拉伸力学性能 当强度超过时，屈服比一般在0.90~0.95范围内；钢的延展性随着强度的增加而降低，但高强度钢的韧性是由于生产工艺的改进而没有降低。欧洲钢结构设计规范对钢材的断裂伸长率要求集中在15%~20%，而国内Q460高强钢的屈服比一般在0.78左右，断裂伸长率通常在 25% 左右。甚至更高，满足相关规范的限值要求。然而，对于具有超强强度的高强钢，这些限制在一定程度上限制了它们的工程应用。因此，有必要进一步研究材料力学性能对构件力学性能的影响，为此类结构钢结构制定更合理的设计方案。指定了方法和限制。

2. 2 随着低温力学性能的降低，高强钢的屈服强度、抗拉强度和屈服强度比均增加（屈服强度比小于0.7< @k10@ > , 断裂后的伸长率和断面收缩率明显下降, 延性变差; 试件断口在-40 ℃和-60 ℃下呈现明显的延性向脆性转变,具有显着的脆性断裂特征，伸长率为 21.5%，仍满足规范要求[9]。此外，随着温度的降低，裂纹尖端张开位移（CTOD 值）钢也会显着减小，对于厚度较小的钢，CTOD值沿厚度方向变化较小，等效应力分布表明在裂纹尖端一定范围内可能出现危险截面。这 高强钢的冲击韧性随着温度的降低而显着降低，这也说明钢在低温下的端口形貌以脆性断裂为主。因此，在环境温度较低的结构中使用高强钢时，需要采取保温措施来延缓钢材的耐久性和结构的使用寿命。 2. 3 国内外疲劳性能 高强钢疲劳性能的实验研究主要集中在疲劳裂纹的扩展和钢种、板厚、焊接工艺、后处理等因素的影响上。 - 焊接疲劳性能的处理方法。得出的结论是：焊后处理方法可以大大提高钢材的疲劳寿命，而且钢材的强度越高，提高的幅度越大；钢的厚度越小，钢的疲劳寿命越长；在承受疲劳载荷的结构中，高强度钢还是有优势的。

2. 4 循环荷载下材料的力学性能 高强度结构钢在不同循环荷载下的滞回曲线丰满，具有良好的耗能能力和抗震性能。荷载作用下的本构关系发生明显变化。当应变值较大时，材料中的应力不断上升，高强度钢具有更高的承载能力。 2. 5 循环载荷下高强度钢焊接接头的力学性能 焊接接头试样的最大强度高于母材，但断裂塑性应变小于母材，且两条断口均位于焊缝和热影响区附近；这种高强度结构钢焊接连接的滞后曲线依然饱满，具有良好的消能能力。 3 高强钢-混凝土组合构件 钢-混凝土组合构件不仅具有钢构件强度高、延性好等优点，而且具有混凝土构件成本低的优点，因此在工程中得到广泛应用，特别是在高层建筑中。普通钢-混凝土组合构件的设计方法已经非常成熟。近年来，随着高强钢的应用，高强钢-混凝土组合柱逐渐成为研究热点。国内外许多学者对高强钢-混凝土组合柱的性能进行了研究。高强钢-混凝土组合构件的特点是：(1)高强钢-混凝土组合构件具有优越的抗震性能。实验研究表明，在组合柱上反复加载水平力不影响柱的刚度和极限弯矩，但柱的弯矩承载力在柱的峰值后下降更快随着柱顶轴向力的增加。

(2)立柱长细比和偏心距对立柱偏压承载力影响很大，随着两者的增加，承载力呈下降趋势，偏压承载力小于0. 6，下降趋势明显，之后下降趋势逐渐放缓。（3)柱的偏心承载力随混凝土和钢筋强度的增加而增加，延性随增加而增加(<@4)随着柱长细比的增加，钢筋对混凝土的约束作用逐渐减小，当细长比大于70，钢筋对混凝土的约束作用已经很微不足道了。 4 高强钢应用范围及应用前景 高性能钢适用于所有建筑钢结构。适用于大跨度公共建筑、体育场馆、高层建筑、塔桅结构、桥梁等工程。随着高性能钢的不断研发，不仅会提高钢的强度水平和性能，而且钢的品种（包括板、圆、方、扁、钢、槽、角、线和异型材料等）将逐渐增加，以满足钢结构设计人员的需求。和建设单位。澳大利亚和欧洲已将钢材纳入设计规范，我国结构钢不会长期处于低位，高性能钢的应用仍有很大提升空间。我国高性能钢的研发与应用是持续的、长期的，必将推动我国钢结构的不断进步和发展，从而产生巨大的社会效益。

5 典型工程及实例 中央电视台新址主楼总用钢量约为12.180,000 t。由于建筑造型独特，设计施工难度大，部分使用Q420和Q460钢材，两者分别使用3400t和2700t。 Q460高强度钢主要用于蝶形接头[10]。悉尼的Place 建于1989年，采用高强度钢-混凝土组合柱，是澳大利亚第一座使用高强度钢材的高层建筑。 Place大楼共44层，高180m。为了节省停车位空间，大楼底层设有三根侧柱，三根立柱均采用高强度钢材。东京湾滨海大桥为桁架桥，全长760m，中跨440m。桥梁中跨高度应满足桥底船舶通行要求，桥梁总高度不宜过高影响附近机场的正常运行。如此恶劣的条件使跨中桥墩桁架中的部分构件承受很大的拉力，因此桥梁使用了20000多吨高强钢，很好地满足了设计要求[11]。 6 小结 目前钢结构建筑在所有已建成建筑中的比例还比较小，尤其是高强度钢结构的例子更是少之又少。但从长远来看，当建筑物的使用寿命结束并在几十年后拆除时，钢筋混凝土结构或砖混结构会产生大量的建筑垃圾，其堆积会对环境造成不可估量的破坏，带来不可估量的对后代的影响。

钢结构是几年后可重复使用的资源，相当于留给子孙后代的资源储备，其经济价值和社会价值也是不可估量的。现有研究成果对完善高强钢结构设计方法和计算理论，以及未来相关研究的进一步发展具有重要的指导意义。参考文献[1]。日美高钢用量[J].这 。 Eng, Nov, 2006. [2] 吴慧娟等。建筑业10项新技术（2010)应用指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.[3]施刚，班慧勇，施永久，王元庆。回顾高强度钢结构研究进展[J]. 工程力学, 2013, 1. [4] K J R, G J. 高强度钢试验[J]. 钢铁, 1995. [5 ] Girao A M, F S K. of High-Steel Web Shear [J]., 2009. [6] 施刚, 王元庆, 施永久. 高强度钢轴压构件力学性能[J].建筑结构学报, 2009. [7] 李正良, 刘红军, 张东英, 等. Q460高强钢在铁塔中的应用[J]. 电网技术, 2008. [ 8]范金凯.Q460高强度等边单角钢轴压构件的理论与试验研究[D].西安:西安建筑科技大学,2009. [9]王元庆,林允、张延年等低温m高强钢Q460C力学性能试验[J].沉阳建筑大学学报（自然科学版），2011. [10] 曹晓春，甘国军，李翠光。 Q460E钢在国家重点工程中的应用[J].焊接技术，2007. [11] for and Engi- ．Use and of high- for steel [M]. : IABSE，2005 年。