青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033
摘要：高强度钢材在社会经济效益、结构性能和建筑使用功能等方面具有显著的优势，在众多实际工程中得到良好的应用，高强度钢材的工程应用也促进了科学技术的发展，是钢结构进步和发展的必然趋势。本文简要介绍了国内外几个高强度钢材的工程应用，总结了国内学者对高强度钢材的研究成果，为此类高强度钢材进一步的研究、工程应用和设计方法的制定提供参考。
关键词：高强度钢材；钢结构；研究现状
0引言
近几年，随着钢材新的生产及加工工艺的改进，多种新型材料逐渐被生产加工，如钢材通过热机械和微合金化技术等处理可以使C元素含量及S、P、O、H、N等元素杂质的含量降低，达到提高钢材洁净度的目的；将传统的C元素强化方法用Ti、V及Nb为主的元素代替，不仅改善了钢材的韧性和塑性，还提高了钢材的屈服强度，降低了C元素的含量。通过此种工艺生产的高强度钢材（一般指屈服强度不小于460MPa）越来越被人们重视，并且逐渐应用于实际的工程中，与常见的钢材相比，高强钢有以下优点：
1）：高强度钢材的使用减小了整个结构的自重，降低钢材的用量，创造出更大的使用空间。
2）：高强度钢材的使用降低了工程总成本，降低不可再生资源的消耗量和能耗以及碳的排放量。
3）：高强度钢材的使用缩短了施工工期，延长了建筑结构的使用寿命。
正因为具有如此的优点，高强度钢材逐渐成为国内外研究的重点。美国荷载抗力系数设计规范中提到几种高强度结构钢材的设计要求。欧洲钢结构规范中对强度在460MPa~700MPa钢材的设计基础上提出了补充内容。由于高强度钢材在焊接材料和焊接技术方面都使用了新的加工和生产工艺，故我国钢结构规范中对高强度钢材的设计条文最高强度仅为Q420，没有涉及更高强度的钢材。
1高强度钢材的工程应用
1.1国外的应用
高强度钢材已在国内外很多实际建筑中得到成功的使用，并且获得了不错的效果。德国柏林的SonyCenter中心大楼的屋顶桁架使用了S690和S460的高强度钢材。美国休斯顿的ReliantStadium的屋顶桁架结构采用了屈服强度标准值为450MPa的钢材；日本横滨的LandmarkTower大厦是日本第一栋采用高强度钢材的建筑，其工字型截面采用了600MPa级钢材；东京的JREastJapan总部大厦和NTVTower均使用了高强度钢材；澳大利亚悉尼的StarCity内部的Lyric剧院的两个桁架结构和地下室的柱子分别采用了690MPa和650MPa的高强度钢材；悉尼的Latitude大厦在转换层桁架的大直径圆管截面和箱形截面使用了S690的高强度钢材，达到减轻换换层桁架的目的。
1.2国内的应用
我国在多个新建建筑工程中成功应用了高强度钢材。国家体育馆鸟巢的关键部位使用了国产Q460的高强度钢材；中央电视台主楼钢结构部分使用了Q460的高强度钢材，总用钢量为2674.19吨；华润深圳体育中心的树形柱也采用了Q460的国产高强度钢材；北京凤凰国际传媒中心为尽可能的减小结构自重，降低加工、生产及施工成本，采用了厚度大于90mm的Q460级钢材；扬州市体育公园的体育场为减轻结构自重，在主攻节间内厚钢罩棚和插板部分使用了Q460的钢材。
2高强度钢材力学性能研究
高强度钢材的力学性能与普通钢材相比存在很多差异。一般情况下，随着钢材强度的增加，其延性会逐渐下降，屈服平台的范围变小有时会消失。因此高强度钢材的受力性能与普通钢材相比有显著的差异，故对普通钢结构研究得到的结构设计方法应用于高强度钢材是不可取的。
目前，国内学者对高强度钢材在结构、材料和构件层面均进行了大量研究。其中，崔嵬通过对国内外高强钢构件的研究现状的总结，并简要介绍了高强钢在桥梁和高层建筑中的几个经典工程应用，对我国高强钢构件的工程应用和研究提供有利帮助；施刚等通过对国产690MPa和460MPa级高强度钢材焊接箱形短柱进行试验研究，提出了焊接箱形轴压构件在局部屈曲后极限应力的建议计算公式。随后其为研究960MPa高强度钢材轴心受压构件的局部稳定性能，对4个工字形截面试件和4个箱形截面试件进行了轴心受压试验[1]，分析了试件的局部稳定性能，并且将我国、欧洲和美国钢结构设计规范的相应设计计算结果与试验结果进行对比分析，将各国钢结构规范对960MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定性能设计计算的适用性进行了研究。孙飞飞等通过对Q690高强钢端板连接梁柱节点的试验研究，发现有关普通钢端板节点受弯承载力的计算式的组件法对高强钢端板节点虽然仍适用，但组件法对高强钢端板节点转动刚度及破坏模式的预测并不准确[2]。
李国强等通过对Q460高强度钢材焊接箱形轴心压弯、受压构件进行了实验研究及极限承载力数值分析，发现钢材本构关系使用理想弹塑性材料模型的结果比采用线性强化模型的结果更方便准备[3]；陈素文等为了解强度为Q690D高强度钢材焊接截面柱的抗震性能，对名义轴压比为0.35的Q690D高强钢焊接箱形和H形截面柱进行了低周反复加载试验，得到试件具有良好的耗能能力和抗震性能，高强钢柱的二阶效应影响不可忽略等结论[4]；王彦博、李国强等为研究现行钢结构设计规范是否仍适用于高强钢中厚板焊接H形柱的设计，采用数值积分法和有限元法对Q460钢轴心受压柱的极限承载力进行了参数分析，发现当翼缘宽厚比不小于7时，中厚板Q460高强钢焰割边焊接H形柱绕弱轴稳定系数仍可沿用《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中b类截面柱子曲线；当翼缘宽厚比小于7时，应采用c类截面柱子曲线[5]。
3结束语
本文通过对国内外高强度钢材实际工程中应用的介绍，并对国内学者对高强度钢材研究内容的总结。现有的研究结果表明，高强度钢材具有良好的力学性能，在结构性能、建筑使用功能和经济效益方面具有显著的优势。但现有规范对普通钢材的设计方法的规定对高强度钢材并不适用，故高强度钢材的许多问题目前还需要继续研究和探讨。
参考文献
[1]施刚,林错错,周文静,王元清.960MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定试验研究[J].建筑结构学报,2014,01:126-135.
[2]孙飞飞,孙密,李国强,肖勇,韦明,刘利香.Q690高强钢端板连接梁柱节点抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2014,04:116-124.
[3]李国强,闫晓雷,陈素文.Q460高强钢焊接箱形压弯构件极限承载力试验研究[J].土木工程学报,2012,08:67-73.
[4]陈素文,陆志立,李国强,韦明,王彦博,陈星.Q690D高强钢焊接截面柱低周反复加载试验研究[J].建筑结构学报,2014,12:97-103.
[5]王彦博,李国强,陈素文,孙飞飞.Q460钢焊接H形柱轴心受压极限承载力试验研究[J].土木工程学报,2012,06:58-64.