厚板钢材在钢结构工程中的应用及其材性选用

上传者：李宏亮
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上传时间：2015-04-21
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厚板钢材在钢结构工程中的应用及其材性选用

厚板钢材在钢结构工程中的应用及其材性选用
建筑钢结构工程中厚板钢材的应用概况
1.1 早期工程厚板钢材的应用概况
1.1.1 工程应用受到钢材生产与建筑技术政策、标准等的限制
由建国初期到20 世纪80 年代初近30 余年内，由于经济条件与钢铁生产条件的限制，我
国建筑技术政策一直严格限制着建筑钢结构的应用，而厚板钢材则因受到国产品种、质量的
制约而更少应用，直到1988 年国内自行编制颁布的《钢结构设计规范》（GBJ17-88）中，仍
限定设计选用钢材的厚度不大于50nn（3 号钢）或36mm（16Mn 钢），除"规范"（GBJ17-88）
所给出的强度设计值指标以此为限制外，在构造要求第8.1.3 条中还明确提出"......在正常
情况下，焊件的厚度为：对低碳钢不宜大于50mm；对低合金钢，不宜大于36mm"。而令人尴
尬的是，在"规范"（GBJ17-88）颁布的同一年，《碳素结构钢》（GB700-88）也同时颁布执行，
该标准不仅更新了牌号（Q235 代替了原 3 号钢）、增加了质量等级，而且钢材选用的厚度也
扩大到150mm，大大突破了设计规范只能用到50mm 的限制；1994 年修订颁布的《低合金高强
度结构钢》（GB/T 1591-94）也更新了牌号（Q345 钢代替了 16Mn 钢），增加了质量等级，并
将钢材厚度扩大到了100mm，突破了36mm 的限制规定。这些标准的颁布意味着从钢材产品的
规格、质量与品种方面，已有充分的条件选用厚板钢材，但设计规范却一直未对此作出及时
补充规定，致使设计规定与钢材产品标准的错位与矛盾分别长达8 年与15 年之久，这对厚板
的设计应用起到了明显的滞后作用。
1.1.2 早期钢结构工程中厚板钢材的应用实例
尽管受到材料与设计规范方面条件的限制，但由于工程建设应用的需要，在一些早期重
型钢结构工程，如重级吊车梁、高炉炉壳等结构中，厚板钢材仍得到了一定应用，并开始积
累了设计、施工与材料方面的一些经验。现以冶金工厂重级工作制吊车梁为例，介绍早期钢
结构工程中的厚板应用实例，其中有的厚板实际上只是多层叠板的组合。
1）武钢、包钢平炉车间350t 吊车铆接钢吊车梁（1958 年）
a. 使用条件：重级工作制吊车起重量350t，2 台作用，轮压P=735kN，小车重1565kN，
同时梁上还有起重量75kN 的悬臂吊车作用，梁跨度L=36.0m。
b. 截面设计：梁跨度36.0m，承受每台吊车8 个轮压（吊车一侧）的作用，梁跨中最大
竖向弯矩达 84600kN·m，横向弯矩 3270 kN·m 设计按容许应力方法进行，钢材选用 16Mnq
钢。因截面要求为多层叠板与角钢的组合，故设计为铆接组合梁，沿跨度截面变化。
c. 材质要求：采用按原苏联标准Γ 0CT - 6713 - 53 生产的M16c 钢（相当于16Mnq 钢）。
其主要力学性能指标如下(第三组)：
强度 σ s≥310MPa，σ b≥480MPa
伸长率 δ s≥19%
冲击韧性（横轧制方向）≥60J/cm2（常温）
≥30 J/cm2（-40℃）
≥30 J/cm2（应变时效后）
其化学成分应符合：
C 0.12%-0.20%；S0.045%； P0.040%；Si 0.2%-0.6%；Mn 1.2%-1.6%。
梁全重1440kN，单位长度重40kN/m。
2）鞍钢三炼钢特重级工作制炉顶钢吊车梁（1974 年）
a.应用条件：吊车梁跨度L=26.675m，位于120t 转炉炉口顶部，故限定其截面高度h≤
2.3m（不允许另设制动梁）、下翼缘宽度b下≤0.6m。梁上承受2台特重级钢水包吊车（Q=150t）
作用，并要求可靠的隔热保护。
b.设计截面及厚板代用措施：根据净空限制与承载力要求，梁设计为上宽下窄的焊接箱

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