新型高性能钢材

（c）单圆孔形软钢阻尼器 （d）双X形软钢阻尼器
剪切钢板耗能器
铅粘弹性耗能器
无粘结支撑及其截面形式
3.2 低屈强点钢的应用实例
国家或地区
墨西哥
建造名称
Izazagea 38-40 Cardiology医院 IMSS Reforma 476
结构类型
混凝土框架 混凝土框架 混凝土框架
新建或已建
已建加固 已建加固 已建加固
中国长春 中国西安
长春石化TCG汽电共生锅 炉厂房 西安长乐苑招商局广场 框支剪力墙
已建加固
三角形加劲耗能装置(TADAS)
见局部放大
（a）正常使用时
见局部放大
（b）地震时
TADAS与结构的工作机理示意图（局部放大）
4 耐火结构钢的特点及其应用
耐火结构钢定义
？？？
耐火钢的概念是日本于上世纪80年代率先提出的。耐
3.1 低屈强点钢和极低强度钢的特点
极低屈服点钢的屈服应变仅为普通钢材的1/3，屈强比为 普通低碳钢的1/2.5，变形能力约为普通低碳钢的2倍。
软钢与普通低碳钢的化学成分及力学性能比较见下表。
3.1 低屈强点钢和极低强度钢的特点
日本新日铁最先
提出软钢抗震阻尼器 构件，并于1995年成 功开发了用于阻尼器 的极低屈服点钢，牌 号为BLY-100，BLY225等，其屈服强度 波动范围有严格的要 求，拉伸曲线如右图 所示。
内容提要

高性能钢材的发展趋势 高强度钢的特点及其应用


低屈强点钢和极低强度钢的特点及其应用
耐火结构钢的特点及其应用


耐候钢的特点及其应用
高效焊接钢的特点及其应用 特殊性能钢的特点及其应用 高性能钢材的展望
1.高性能钢材的发展趋势
高性能钢材的发展趋势主要有： (1) 高强度等级钢材和超厚板钢材 满足建筑高层化和大跨距的发展需求 (2) 低屈强比钢和极低强度钢
在实际工程中也有少量的应用，如北京奥运会体育场—鸟巢
和央视新大楼也大量使用了Q420和Q460等高强度钢材。
2.3 高强度钢的应用
中国自主创新的Q460钢材,撑起了鸟巢的钢筋铁骨
2.3 高强度钢的应用
在输电塔上，2002年华东电力设计院设计的500KV从 吴 工程，塔身下面的四段主材率先采用了Q390钢管，实现了 淞 我国输电线路中高强钢管塔应用零的突破； 口 大 跨 越 钢 塔 架
② 保证厚度方向性能的低合金钢（GB/T 5313规
定的所有低合金钢牌号）；
2.2 高强度钢的分类
(2) 低合金钢主要性能及使用特性分类如下： ① 可焊接低合金高强度结构钢 Q295、Q345、Q390、Q420、Q460等。 ② 低合金耐候钢 09CuPCrNi、09Cu、16CuCr、12MnCuCr、 15MnCuCr、15MnCuCr-QT等。 ③ 低合金钢筋钢 ④ 低合金钢 ⑤ 矿用低合金铜 ⑥ 其他低合金钢
2.3 高强度钢的应用
北京奥运会主体育场“鸟巢”主体工程，采用“津西 牌”250×250 mm、300×300 mm等规格H型钢产 品
2.3 高强度钢的应用
中央电视台新大楼使用 300×300mm、 400×400mm等规格H型 钢产品
2.3 高强度钢的应用
我国现行的标准 《低合金高强度结构钢》(GB1591-94) 有5 个强度等级，即Q295、Q345、Q390、Q420、Q460， 目前的主要建筑用钢为Q235 和Q345(相当于490MPa 级)。 在国内，高强度钢材的应用虽然缺乏规范的指导，但
3.1 低屈强点钢和极低强度钢的特点
川崎制铁于1998年开发出类似的极低屈服点钢，牌 号为RIVER FLEX100。JFE成立以后也把建筑构造用
低屈服点钢纳入钢板产品目录，牌号为JFE-LY100。
台湾中钢于1997年研制成功该钢种，牌号LYS100。 我国的武汉钢铁集团近年来也在积极研发生产类似 性能的钢种。
2.3 高强度钢的应用
让业内震惊的是，组成新电视塔的一万多个钢构件竟然 没有一个是相同的。这是由塔身扭转的造型决定的。
2.3 高强度钢的应用
世界最高摩天轮
3 低屈强点钢和极低强度钢的特点及其应用
低屈服点钢定义
？？？
低屈服点钢材习惯上称之为“软钢”。其中屈服点较 低的一种，即：极低屈服点钢材，指的是通过不断降低钢 材中的碳以及其他合金元素的含量、掌握好轧制时的最佳 温度及轧制后经过必要的热处理等手段，得到屈服点一般 在80～120MPa之间、延伸率≥50％的钢材。
2.2 高强度钢的分类-美国标准
美国标准ASTMA749《术语定义》低合金高强度
钢为一组高强度用钢。
其强度和在某些条件下具有的耐大气腐蚀性能 是通过加入适量的一种或多种合金元素而得到的。
wk.baidu.com
2.2 高强度钢的分类-日本标准
日本标准JISGO203《钢铁术语》 为了更好地改善钢的性能或使钢具有所要求的性
2.2 高强度钢的分类-国际标准
1.国际标准 ISO 4948/1
根据化学成分： 非合金钢 合金钢 2.国际标准 ISO 4948/2
按照钢的主要质量级别和主要性能及使用特性：
合金优质钢
合金特殊钢
2.2 高强度钢的分类-欧洲标准
欧洲标准EN10020《钢级的定义和分类》 按照化学成分 非合金钢 合金钢 按照主要质量等级分类 合金优质钢 合金特殊钢
能而加入一种、两种或以上的合金元素。
含合金元素超过相关表格的数值的称为合金钢。
按合金元素含量多少：
高合金钢 低合金钢
2.3 高强度钢的应用
国外目前主要使用490MPa 级和590MPa 级钢材，
780MPa 级钢材也正在积极推广使用。
日本已开发出屈强比小于0.8 的590MPa 和780MPa
的高强厚钢板（80～100mm）
中合金超高强度钢
高合金超高强度钢
含一种合金元素的高强度合金钢有铬钢、镍钢、锰
钢等；
含两种合金元素的合金钢有铬镍钢、铬锰钢、铬钼 钢等； 含三种以上合金元素的高强度合金钢有铬锰硅钢、 铬镍钨钢、铬镍钼钢、铬锰钛钢、铬锰钼钒钢等。
2.2 高强度钢的分类-国家标准
(1) 低合金钢按主要质量等级 普通质量低合金钢 优质低合金钢 特殊质量低合金钢 优质低合金钢主要包括： ①可焊接的高强度结构钢（Q295B、Q345B、Q345C、 Q345D、Q345E、Q390A、Q390B、Q390C、Q390D、 Q390E）；
钢材虽为非燃烧材料，但钢不耐火，温度为400℃ 时，钢材的屈服强度将降至室温下强度的一半，温度达 到600℃时，钢材基本丧失全部强度和刚度。因此，当 建筑采用无防火保护措施的钢结构时，一旦发生火灾，
结构很容易遭到破坏。
1967年美国蒙哥马利市的一个饭店发生火灾，钢结构屋 顶被烧塌； 1970年美国50层的纽约第一贸易办公大楼发生火灾，楼 盖钢梁被烧扭曲10cm左右； 1990年英国一幢多层钢结构建筑在施工阶段发生火灾， 造成钢梁、钢柱和楼盖钢桁架的严重破坏；
耗能器类型
X形加劲耗能装置 X形加劲耗能装置 X形加劲耗能装置
美国旧金山
美国加利福利亚
连接桥梁结构
Wells Fargo Bank 24层某建筑 金华城休闲购物中心 中华大学综合体育馆 交通大学机车D棚 台北市兰雅国小校舍 静修女中综合教学大学 新竹县宝山乡卫生所
桥梁
混凝土框架 钢框架 混合结构 框架 框架 框架 框架
抗震加固
已建加固 已建加固 新建 新建 改建 已建加固 新建 新建 新建
X形加劲耗能装置
X形加劲耗能装置 X形加劲耗能装置 三角形加劲耗能装置 （HADAS）制震板 （HADAS）制震板 （HADAS）制震板 （HADAS）制震板 （HADAS）制震板 （HADAS）制震板 （HADAS）制震板
中国台湾
②低合金耐候钢，09CuPCrNi-A、09CuPCrNi-B、 09CuP、16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、15MnCuCrQT；
2.2 高强度钢的分类
特殊质量低合金钢主要包括：
① 低合金高强度钢（Q420A、Q420B、Q420C、
Q420D、Q420E、Q460C、Q460D、Q460E）；
火钢是指通过在钢材中添加耐高温的合金元素Mo、Cr、Nb
等，使得钢材在600oC时的屈服强度不小于常温屈服强度的2 ／3，且其他性能(如可焊性等)与相应规格的普通结构钢基 本一致。
4 耐火结构钢的特点及其应用
传统结 构钢和 耐火钢 在室温 性能相 同时， 其屈服 强度对 温度的 敏感性
4.1 火灾对钢结构的危害
指屈服强度大于420MPa的钢材。而国外的研究 主要集中在屈服强度名义值约为690MPa的钢材。
低合金结构钢，经调质处理后，具有很好的综 合力学性能，其抗拉强度Sb＞1200MPa时，叫高强 度钢。
其抗拉强度Sb ＞1500MPa时，称为超高强度钢。
2.1 高强度钢的特点
低合金超高强度钢 超高强度钢
2.3 高强度钢的应用
2005年投运的750KV官厅－兰州东段输电塔线路工程， 率先使用了Q420高强钢，又实现了高强钢在角钢输电塔中 应用的突破，并且由于使用了高强度钢材使得铁塔重量降
低10％左右。
官厅－兰州东段输电塔
2.3 高强度钢的应用
广州新电视塔全部采用高强钢，总重5.5万吨，外筒大 约3万吨，混凝土15万立方米，电视塔的总重量达到10万吨 以上。 “细腰”最小处直径仅30多米，可抗8级地震 。
央视辅楼
济南奥体中心体育馆发生火灾事故
某12000m2大型工业厂房，主体结构为三连跨双坡轻型门式刚架，平面尺寸为63m × 192m，柱距8m，檐高9m，屋脊高度11.52m，两端山墙抗风柱间距7m，设有3吨吊 车，厂房围护体系采用聚苯乙烯夹芯保温彩色钢板。 车间内设有一条喷涂生产线，电焊 火花引燃了生产线上的玻璃钢瓦片，造成大火，火灾持续时间约20分钟。因火灾时车间 内的可燃物数量有限，且在风势作用下燃烧速率高，热量散发快，车间内部升温不算太 高，大多数受灾钢材表面呈褐色，局部呈浅黑色。幸好主体结构未倒塌，否则不堪设想。
2001.9.11 9时03分，被劫持的美洲航空公司第77次航班
波音757客机撞向纽约世贸中心大楼南楼 ，双塔楼中1号楼 10时28分倒塌，2号楼9时50分倒塌。
美国“9·11”事件是引发全球 对建筑用耐火钢开发热潮的起源
美国911世贸大厦
我国一些建筑物的钢结构屋盖在发生火灾倒塌的实例。 重庆天原化工厂 钢屋架 1960.2.18 20min倒塌 上海文化广场 钢屋架 1969.12 倒塌 天津市体育馆 钢屋架 1973.5.5 19min倒塌 长春卷烟厂 钢木屋架 1981.4.5 倒塌 北京友谊宾馆剧场 钢木屋架 1983.12 20min倒塌 唐山市棉纺织厂 钢梁 1986.2.8 20min倒塌 北京高压气瓶厂 钢屋架 1986.4.8 倒塌 江油电厂俱乐部 钢屋架 1987.4.21 20min倒塌 泉州钢结构冷库 钢结构 1993 3600m2的库房倒塌 昆山市的一轻钢结构厂房 钢结构 1996 4320m2的厂房烧塌 北京某家具城 钢结构 1998 整体倒塌
提高结构的抗震性能
(3) 高效焊接钢 提高钢材焊接性能，尤其是提高大厚度 钢板的焊接性能
1.高性能钢材的发展趋势
高性能钢材的发展趋势主要有： (4) 耐火结构钢 节省钢结构耐火被覆成本 提高钢结构抗火性能 (5) 耐候钢 提高钢结构的防腐涂装和耐久性能
2.高强度钢的特点及其应用
高强度钢定义
？？？
3.1 低屈强点钢和极低强度钢的特点
软钢的特点：
良好的滞回特性 能吸收大量的能量 避免主体结构的破坏 屈服强度低 屈服点波动范围很窄 良好的低周疲劳抗力


耗能性能稳定
兼容性较好
3.1 低屈强点钢和极低强度钢的特点
软钢耗能装置： 梁式耗能器、锥形钢悬臂耗能器、加劲阻尼耗能 装置、圆环（方框）耗能器、钢板耗能器、剪切钢板 耗能器、屈曲约束型耗能支撑及钢板剪力墙等。
锥 形 钢 棒 耗 能 器 锥形钢板耗能器
带锥 形钢 棒耗 能器 的隔 震支 座
X形 加劲 钢板 耗能 装置
三角形加劲钢板耗能装置 开孔 式加 劲钢 板耗 能装 置
（a）普通圆环耗能器
（b）双环耗能器
（c）局部加强双环耗能器（d）X形加劲圆环耗能器
塑性 变形区
（a）蜂窝状耗能器
（b）槽型耗能器
国外建筑用高强度钢的力学性能
2.3 高强度钢的应用
位于德国柏林的索尼中心大楼，采用了S460和S690高强度钢 材，有效减小了构件截面，降低了结构体重
2.3 高强度钢的应用
澳大利亚 悉尼星城 饭店采用 了S690 高强度钢 材
2.3 高强度钢的应用
厚度超过40mm 时也能保证钢材力学性能、并具有良 好焊接性能的建筑用特厚钢板和特厚H 型钢也已研制成功， 钢板厚度达90~100mm，H 型钢翼缘厚度达70~90mm。