浅析高性能钢在建筑结构中的应用(附件)【字数：12014】
摘 要高性能钢材于传统钢材而言，最突出的特点是材料具有高强度、好韧性、可焊接性好，在力学性能具有耐腐蚀、抗疲劳、防屈曲等优点。鉴于高性能钢材在我国的发展尚处于初步阶段，于此同时美国、日本、欧洲国家的高性能钢材产业发展越来越快，为了促进我国高性能钢材技术进步，对其力学特征的总结是十分必要的，这一总结可以让我们明晰我国钢材发展面临的问题，找到问题解决办法从而更好地促进高性能钢材在建筑工程中的应用。本论文主要就高性能钢在结构工程中的应用，高性能钢材的力学特征及其在桥梁设计应用中的相关问题，在空间设计中的应用这三个方面进行研究，从而对钢材的材料特性和高性能钢材的力学特色进行细致分析。通过对某实际工程案例分别采用普通钢材和高性能钢材的情况进行对比分析，研究高性能钢材在钢框架－中心支撑结构设计中的应用。
目录
一、引言 1
（一）研究背景 1
（二）研究意义 1
（三）研究现状 1
（四）研究方法 2
（五）研究内容 3
二、高性能钢材的材料特性 3
（一）高强度 3
（二）强韧性 3
（三）可焊性好 4
三、高性能钢材的力学特色 4
（一）耐腐蚀性 4
（二）抗疲劳性 5
（三）防屈曲特性 5
（四）我国高性能钢的类型 5
四、高性能钢材在建筑工程中的应用 7
（一）美国高性能钢的应用 7
（二）日本高性能钢的应用 7
（三）高性能钢材在桥梁工程的应用 8
（四）高性能钢在建筑结构中的应用 9
五、高性能钢材在钢框架－中心支撑体系中的应用 10
（一）工程概况 10
（二）自振周期 10
（三）地震作用下的层间位移角 11
六、总结 12
致谢 12
参考文献 12
一、引言
（一）研究背景
1851年，设计师帕克斯顿突发奇想地用玻璃和铁架搭起一座宫殿，自此以后，更多的合成材料开始和钢材的结合。在现今，钢筋水泥的广泛应用开创了未来空间的黄金公式———成 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
为时代的镜子。新材料和新技术的应用极大地丰富了人们的想象力和创造力，得到了建筑、空间设计、视觉设计师的积极响应，将材料和技术与设计相结合，技术的进步会推动艺术设计的进步，从而形成新的艺术形式。
（二）研究意义
钢结构之所以能够禁得起勘验成为当前众多桥梁以及建筑结构的主要形式之一和他的特殊性能分不开，如钢材抗扭性强高、材质更好、质量可靠、有优秀的工业化、抵抗震裂的性能出色、且容易回收。然而，即使高性能钢材有如此多的优势特性，但随着科学技术不断进步，在现代结构高度和跨度上的要求越来越严格，且市场上开始陆续出现异形截面、扭曲构件，且需求逐渐增大，这就使得很多结构安装难度不断加大，那么市场上急切需要一种更安全可靠、性能更佳优质且具有环保价值的结构钢。发达国家由于经济发展到一定程度，因此大型建设性项目日趋减少，且混泥土结构的应用给结构钢的发展带来了巨大压力。高性能钢的不断开发与冶炼和轧制工艺的持续发展是密切相关的，尤其值得关注的是20 世纪 80 年代热机械控制工艺( ThermoMechanical Control Process)的开发，使得高性能钢能突破技术瓶颈获得发展。该工艺的独特之处在于，可以很好的调控热轧过程中的轧制温度、加热温度以及压下良，这就使得要想生产出强度好韧性高的刚性能钢材并不需要添加过多其他种类的合金元素，也不要后续进行工序复杂的热处理。
（三）研究现状
在国内，清华大学施刚、班慧勇、石永久等研究者在2006 年起对高强钢的性能在理论基础上进行了试验。Q690、Q460 钢材是研究高性能钢材的主要型号。研究者将Q460C 和Q460D 的力学性能进行了很显著的区分。该研究关注了高强度钢材Q460C在循环荷载下焊缝的性能、以及其在低温作用下的力学性能，该研究还对超高强度钢材焊接截面应力的分布以及构件受压稳定性能这两方面进行了研究。我们在该研究中还可以获得Q460高强钢压弯构件的滞回性能，高强度螺栓抗剪连接受力性能的相关信息。对 Q460 钢的反复加载性能、损伤变量、残余应力对柱极限承载力的影响以及高温力学性能的研究还可以关注同济大学李国强课题组的研究成果; 他们研究课题组还进行了数次试验，评估了Q460柱和梁的低周反复性能、柱的滞回性能、焊接H型和箱形截面柱轴心受压及压弯承载力性能、抗火性能和高温承载力计算方法等。
在国外，美国日本两国对高性能钢材的研究最早可追溯到20世纪60年代，澳大利亚以及欧洲国家也对其进行了探索，在众多实验中他们积累了丰富的原始数据，然而，早期高强钢的韧性不好、可焊接性差、且冷弯性能有严重缺陷，这种原料上的问题使得高强钢没有得到大范围推广应用。各国研究者们不断努力，在20 世纪 90 年代末，对高强钢和高性能钢的个性能的数据进行收集和整理。美国、日本为主的研究者开始将关注点放到高强钢受弯构件力学性能上来，并且为此展开了大量试验并企图获得理论上的突破。高强钢的受弯构件力学性能研究过程中研究者发现其中承载力、局部稳定、整体稳定对其影响十分大。20世纪90 年代末至今，国外学者将眼光投放到构件的螺栓连接性能上来，对螺栓端距、边距、间距进行了分析，该研究检验了高强钢螺栓连接和设计的匹配度。追溯到20世纪 80 年代末，Kuwamura等研究者以高强钢压弯试件为对象进行了加载试验，该实验检测了高强钢构件的多方面性能，如高性能钢的滞回性能以及该钢材究竟有多大可行性能纳入抗震结构材料。Kuwamura等研究者的研究还把目光聚焦于高强度钢梁上，这种钢梁日本新型低屈强比的、除此之外，研究也花费了足够的时间精力去进行试验研究与地震时程分析柱焊接节点有关低周疲劳性能。日本神户地区发生地震之后，日本国内对钢材提出了焊接性能、断裂韧性、延性等方面改善的需求。地震使得人们对于钢材的设计理念产生了一个转变，人们认为钢结构构件依然需要保持高弹性状态。且由此很多研究立足点开始有了转换，这种转向是对高强钢应用于新型免损结构体系的关注。各国对于刚性能钢材的研究更多致力于完善钢材设计规范。通过对国内外高性能钢材研究现状的研究我们发现，我国在该领域的研究步伐较之于国外尤其是美国日本欧洲国家而言较缓慢，具体表现在对构件、连接、节点的研究匮乏上。品种复杂繁琐的高性能钢材的同时，高性能钢材给研究带来一定的困难，由于这种情况，研究者需要对不同种类以及同种不同等级的结构钢进行分门别类的试验研究。由此看来，要想在结构设计上有一个突破，我们可以像普通钢材那样考虑考虑使用屈服强度 590 MPa 钢的塑性变形能力。
目录
一、引言 1
（一）研究背景 1
（二）研究意义 1
（三）研究现状 1
（四）研究方法 2
（五）研究内容 3
二、高性能钢材的材料特性 3
（一）高强度 3
（二）强韧性 3
（三）可焊性好 4
三、高性能钢材的力学特色 4
（一）耐腐蚀性 4
（二）抗疲劳性 5
（三）防屈曲特性 5
（四）我国高性能钢的类型 5
四、高性能钢材在建筑工程中的应用 7
（一）美国高性能钢的应用 7
（二）日本高性能钢的应用 7
（三）高性能钢材在桥梁工程的应用 8
（四）高性能钢在建筑结构中的应用 9
五、高性能钢材在钢框架－中心支撑体系中的应用 10
（一）工程概况 10
（二）自振周期 10
（三）地震作用下的层间位移角 11
六、总结 12
致谢 12
参考文献 12
一、引言
（一）研究背景
1851年，设计师帕克斯顿突发奇想地用玻璃和铁架搭起一座宫殿，自此以后，更多的合成材料开始和钢材的结合。在现今，钢筋水泥的广泛应用开创了未来空间的黄金公式———成 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
为时代的镜子。新材料和新技术的应用极大地丰富了人们的想象力和创造力，得到了建筑、空间设计、视觉设计师的积极响应，将材料和技术与设计相结合，技术的进步会推动艺术设计的进步，从而形成新的艺术形式。
（二）研究意义
钢结构之所以能够禁得起勘验成为当前众多桥梁以及建筑结构的主要形式之一和他的特殊性能分不开，如钢材抗扭性强高、材质更好、质量可靠、有优秀的工业化、抵抗震裂的性能出色、且容易回收。然而，即使高性能钢材有如此多的优势特性，但随着科学技术不断进步，在现代结构高度和跨度上的要求越来越严格，且市场上开始陆续出现异形截面、扭曲构件，且需求逐渐增大，这就使得很多结构安装难度不断加大，那么市场上急切需要一种更安全可靠、性能更佳优质且具有环保价值的结构钢。发达国家由于经济发展到一定程度，因此大型建设性项目日趋减少，且混泥土结构的应用给结构钢的发展带来了巨大压力。高性能钢的不断开发与冶炼和轧制工艺的持续发展是密切相关的，尤其值得关注的是20 世纪 80 年代热机械控制工艺( ThermoMechanical Control Process)的开发，使得高性能钢能突破技术瓶颈获得发展。该工艺的独特之处在于，可以很好的调控热轧过程中的轧制温度、加热温度以及压下良，这就使得要想生产出强度好韧性高的刚性能钢材并不需要添加过多其他种类的合金元素，也不要后续进行工序复杂的热处理。
（三）研究现状
在国内，清华大学施刚、班慧勇、石永久等研究者在2006 年起对高强钢的性能在理论基础上进行了试验。Q690、Q460 钢材是研究高性能钢材的主要型号。研究者将Q460C 和Q460D 的力学性能进行了很显著的区分。该研究关注了高强度钢材Q460C在循环荷载下焊缝的性能、以及其在低温作用下的力学性能，该研究还对超高强度钢材焊接截面应力的分布以及构件受压稳定性能这两方面进行了研究。我们在该研究中还可以获得Q460高强钢压弯构件的滞回性能，高强度螺栓抗剪连接受力性能的相关信息。对 Q460 钢的反复加载性能、损伤变量、残余应力对柱极限承载力的影响以及高温力学性能的研究还可以关注同济大学李国强课题组的研究成果; 他们研究课题组还进行了数次试验，评估了Q460柱和梁的低周反复性能、柱的滞回性能、焊接H型和箱形截面柱轴心受压及压弯承载力性能、抗火性能和高温承载力计算方法等。
在国外，美国日本两国对高性能钢材的研究最早可追溯到20世纪60年代，澳大利亚以及欧洲国家也对其进行了探索，在众多实验中他们积累了丰富的原始数据，然而，早期高强钢的韧性不好、可焊接性差、且冷弯性能有严重缺陷，这种原料上的问题使得高强钢没有得到大范围推广应用。各国研究者们不断努力，在20 世纪 90 年代末，对高强钢和高性能钢的个性能的数据进行收集和整理。美国、日本为主的研究者开始将关注点放到高强钢受弯构件力学性能上来，并且为此展开了大量试验并企图获得理论上的突破。高强钢的受弯构件力学性能研究过程中研究者发现其中承载力、局部稳定、整体稳定对其影响十分大。20世纪90 年代末至今，国外学者将眼光投放到构件的螺栓连接性能上来，对螺栓端距、边距、间距进行了分析，该研究检验了高强钢螺栓连接和设计的匹配度。追溯到20世纪 80 年代末，Kuwamura等研究者以高强钢压弯试件为对象进行了加载试验，该实验检测了高强钢构件的多方面性能，如高性能钢的滞回性能以及该钢材究竟有多大可行性能纳入抗震结构材料。Kuwamura等研究者的研究还把目光聚焦于高强度钢梁上，这种钢梁日本新型低屈强比的、除此之外，研究也花费了足够的时间精力去进行试验研究与地震时程分析柱焊接节点有关低周疲劳性能。日本神户地区发生地震之后，日本国内对钢材提出了焊接性能、断裂韧性、延性等方面改善的需求。地震使得人们对于钢材的设计理念产生了一个转变，人们认为钢结构构件依然需要保持高弹性状态。且由此很多研究立足点开始有了转换，这种转向是对高强钢应用于新型免损结构体系的关注。各国对于刚性能钢材的研究更多致力于完善钢材设计规范。通过对国内外高性能钢材研究现状的研究我们发现，我国在该领域的研究步伐较之于国外尤其是美国日本欧洲国家而言较缓慢，具体表现在对构件、连接、节点的研究匮乏上。品种复杂繁琐的高性能钢材的同时，高性能钢材给研究带来一定的困难，由于这种情况，研究者需要对不同种类以及同种不同等级的结构钢进行分门别类的试验研究。由此看来，要想在结构设计上有一个突破，我们可以像普通钢材那样考虑考虑使用屈服强度 590 MPa 钢的塑性变形能力。
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