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钢结构应用与发展:从限制到推广,高性能钢材的研制与未来趋势

钢结构的应用和发展不仅取决于钢结构本身的特点,而且还受到国民经济发展的制约。新中国成立后很长一段时间,由于钢铁产量的限制,钢结构在其他结构无法替代的重大工程项目中的使用受到限制。这在一定程度上影响了钢结构的发展。 1996年,我国钢铁产量达到1亿吨,2003年达到2.2亿吨的历史新高。逐步改变钢材供大于求的局面。我国钢结构技术政策也从“限制使用”转变为“积极合理推广应用”。随着钢结构的广泛应用,钢结构工程的科学技术必将进一步提高。

1、高性能钢的发展

钢结构的突出特点是强度高,因此特别适合大跨度、大荷载。高强度钢材的使用可以更好地发挥钢结构的这一优势。为了保证必要的塑性、韧性和焊接性,钢结构所用的高强度钢一般为低合金钢。在钢桥梁方面,我国目前采用的屈服点为

16Mnq已经很常见了。南京长江大桥采用这种钢材比采用16q节约钢材15%。屈服点为420N/mm2的15MnVNqC(Q420qD)早在1977年就用于京蓉铁路白河大桥,比使用16Mnq节省钢材10%以上。上述两种低合金钢已正式纳入《铁路桥梁结构设计规范》。 《钢结构设计规范》建议钢材最高屈服点已达到420N/mm2

国外高强度钢发展迅速。日本、美国、俄罗斯等均已将屈服点700N/mm2以上的钢材列入其规格中。

耐腐蚀钢的发展也受到广泛关注。美国、日本等国家已在海岸工程建设和桥梁结构中使用耐候钢。一些公司正在开发耐火钢,加热到600℃时仍能保持常温下2/3以上的强度。另外,宽翼缘工字钢(或H型钢)、方钢管、异型钢板、冷弯薄壁型钢等可以更好地发挥钢材的性能,取得更好的经济效果,具有广阔的发展前景。 。

32.计算理论的研究与改进

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我国现行《钢结构设计规范》采用基于概率论的极限状态设计方法。这是大量理论研究和实验分析的结果。但仍存在许多问题需要进一步研究和完善,还有大量工作要做。继续完成。例如,实际构件和结构几何缺陷的统计分析、残余应力的分布、缺陷和残余应力对承载力极限状态的影响;受压构件极限承载力及其影响因素;在多次重复载荷和动载荷作用下结构和构件的极限状态;钢材的塑性利用及板材屈曲后的强度问题、考虑二阶非弹性的钢框架整体高级分析等。对构件和结构的实际性能了解越深入,计算结果越能反映实际情况,因此充分发挥钢材的作用,保证结构的安全。

3、结构创新

计算理论和方法的进步,以及新材料和新工艺的出现,为钢结构形式的创新提供了条件。

计算机可以对非常复杂的结构快速计算结果,使得网格等多构件、高超静定数的空间结构得到迅速推广和应用;计算理论的研究和高强钢丝的应用,使许多跨度悬索结构和斜拉结构在桥梁和建筑工程中得到应用;预应力钢结构也是一种新型结构,其主要形状公式是在一般钢结构的基础上增加一些高强度的钢构件钢结构设计前景,并对结构施加预应力。其本质是用高强度钢替代部分普通钢材,以节省材料;钢与混凝土组合结构可以充分发挥材料的优势,钢管填充素混凝土钢管混凝土结构已应用于桥梁、厂房柱等,是一种很有前途的新型结构。

另一种结构创新形式是将梁、拱、悬索等不同受力类型的结构集成到同一结构中,如九江长江大桥、武汉天兴洲长江大桥、北京北郊综合体育场、亚运村等。游泳池。 、北京国家体育场等

随着高强度螺栓和焊接技术的发展,铆接结构已被螺栓或全焊接结构所取代。高强度螺栓连接已广泛应用于工厂钢结构、塔桅结构、网架结构等。西泠长江大桥箱形加劲梁采用全焊接结构,孙口黄河大桥采用整体焊接节点和外部拼接结构。新形式。

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高层建筑钢结构的研究也是一个重要方面。近年来,我国建成了一批高层建筑,如上海世茂国际广场主楼(333m)、南宁英皇国际大厦(276m)、北京京广中心大厦(208m)等。 、上海锦江宾馆(153 m)。 、深圳发展中心大厦(165 m)等

4、优化设计的应用

优化设计的目的是使钢结构的用钢量最小化或成本最低。为此,必须选择最佳的结构形式并确定最佳的横截面尺寸。由于计算机的广泛应用,优化设计已成为可能并得到发展。目前,优化设计已应用于桥梁、吊车梁等钢结构的设计中,并取得了明显的经济效益。

5、制造与施工技术研究

为了保证钢结构的质量钢结构设计前景,提高生产效率,进一步缩短施工周期,降低成本,应进一步研究和改进制造工艺和安装架设技术;大批量产品可逐步标准化、系列化。

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