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超高强度钢材工程应用分析 超高强度钢材工程应用分析 月中 ·1303· 超高强度钢材工程应用分析 （山东德建集团有限公司 253000） 【摘要】结果表明，超高强度钢材钢结构在构件、材料、结构体系三个方面均具备非常明显的优势，大大提高了建筑的整体稳定承载力。最后通过介绍超高强度钢材在国内外多项建筑及桥梁中的实际应用情况以及取得的效果，从而为我国钢结构工程对超高强度钢材的应用提供有效的参考依据。 【关键词】超高强度钢材钢结构；受力性能；工程应用 自从钢结构被应用于建筑工程中，其发展与钢材料的生产工艺水平及材料特性有着非常紧密的联系。由于钢材料得到改进，钢结构的承载能力、使用性能及经济效益等也获得了有效的提高。近年来，随着强度大、延性和韧性更为良好的超高强度钢材的出现，并且匹配于超高强度钢材的焊缝金属材料和焊接技术不断趋于成熟，各构件的制作加工要求也得到了完全的满足，这使得超高强度钢材在钢结构工程中应用已成为了可能。 1. 超高强度钢材钢结构的受力性能分析1.1受压构件整体稳定特性分析通过分析已有相关研究结果可知，当轴心受压的条件相同时，利用超高强度钢材制成的钢柱在达到稳定的极限承载力时，其极限应力与屈服强度的比值要远远大于截面和长度相同的普通强度钢材。这主要是因为超高强度钢材钢柱受到较小的构件残余应力与初始缺陷的影响[1]。 早在上世纪80年代，欧洲相关研究人员在考虑到轴心受压钢柱的整体承载力与钢材强度之间的关系，针对当时屈服强度为430MPa 的高强度钢材进行了深入研究，并提出了在对高强度钢柱整体稳定承载力进行计算、对柱子曲线进行选取和采用时，折减钢柱的缺陷系数，并采用以下公式进行计算： α＝α0（235÷f 0.8y ） ① 在①中，α0指的是欧洲有关钢结构规范标准中原先采用的钢材钢柱缺陷系数，f y 指的是钢柱的屈服强度。根据计算公式可知，钢柱的稳定承载力随着缺陷系数的减小而升高。 1.2受压构件局部稳定特性分析 根据超高强度钢材焊接箱形截面、十字形截面、I 形截面的构件局部受压稳定性能的试验结果可知，我国有关钢结构设计规范中对钢柱轴心受压柱的翼缘宽厚限值比，对超高强度的钢材钢柱同样适用。虽然在这些已完成的试验中，测试的构件较为单一，具有较小的板件厚度，残余应力的分布模式也缺乏一定的可靠性，但是采用普通钢材钢结构的传统设计方法设计和验算超高强度钢材构件的局部稳定特性，依然具备足够的安全性[2]。 2. 超高强度钢材钢结构的应用优势 与普通结构的钢材钢结构进行比较，超高强度钢材钢结构具有的优势主要表现在以下两个方面。 （1）提高建筑工程的经济效益。超高强度钢材钢结构中，由于可以减小结构的重量及构件的尺寸，因而焊接的材料用量及工作量、防火防锈等涂层用量以及实际施工操作的工作量也相应减少，不但使得钢构件的运输及安装朝着简单化的方向发展，而且大大降低了钢结构的施工成本。与此同时减小构件的尺寸为建筑物争取了更多的使用空间。此外，由于所需钢板的厚度也可进行合理的减小，因而焊缝的厚度也可进行相应的减小，实现了焊缝质量的改善。 （2）利于环境保护。由于在超高强度钢材钢结构中，其钢材用量得到了降低，因而对铁矿石等资源的消耗量也得到了极大程度的减少。此外，随着各种焊接材料及防火防锈等涂层的减少，不但实现了不可再生资源的优化利用，同时也减少了环境因过度开采而受到的破坏，这极大促进了我国的可持续发展以及环境保护策略的实施[3]。 3. 实际工程应用 3.1在建筑结构工程中的应用 目前，超高强度钢材已在国际多项建筑结构工程中得到了良好的应用，例如德国柏林的索尼中心大楼，澳大利亚悉尼的星城 饭店及Latitude 大厦，以及我国的国家体育场鸟巢等。以下对索尼中心大楼及Latitude 大厦的结构进行详细探讨， （1）索尼中心大楼为了对已有的砌体结构建筑物进行保护，在屋顶的桁架上悬挂着大楼的部分楼层。此大楼的屋顶桁架高达12米，跨度为60米，杆件采用了强度标准值为460MPa 和690MPa 的钢材，从而实现了构件截面的尽可能减小。此外，在建造索尼中心大楼的过程中，相关工程人员还通过试验对强度值为460MPa 的钢材在低温状态下的断裂性能进行了计算和分析，其结果对钢材钢柱结构在低温环境中的安全性进行了有效保证。 （2）Latitude 大厦建成于2021年，有55层，位于澳大利亚悉尼中心的世界广场。在广场上有一个完成部分的建筑物，如果将新的结构增建在其顶部，那么就必须加固原有的柱子。为了缩短工期，同时也考虑到经济效益，大厦的结构设计人员在第16层应用高度为7m 的钢材钢结