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高強度鋼為設計工程師提供優勢 2024-1-17

高強度鋼為設計工程師提供了許多優勢,可用於解決日常、困難或不尋常的工程問題。在某些情況下,對於特定類型的主要鋼結構工程,可以節省高達 30% 或更多的品質。透過使用更高強度(屈服強度高達 690 MPa 及以上)鋼板,可以實現更長的跨度、更大的承載能力以及減少淨重以減少基礎負荷。在過去 20 年或更長時間裡,澳洲高強度鋼的使用主要集中在機械工程領域,最近的資源繁榮為其在自卸車車身、儲物箱、料斗和溜槽等設備中的使用提供了充足的空間重量更輕,耐磨性和抗衝擊性與簡單的製造相結合,促進了快速採用。這些相同的好處可以擴展到結構工程領域的某些應用。

先進高強度結構鋼型材
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什麼是高強度鋼?

當代高強度 Q&T 鋼通常被認為是低至中合金含量鋼,具有高強度和硬度,以及良好的成型性和焊接性。儘管強度水平很高,但它們也保持了異常低的溫度缺口韌性和抗裂紋擴展能力。這種獨特的性能組合是仔細選擇化學成分和熱處理的結果。

現代Q&T鋼中的主要合金元素是鎳、錳、鉻、銅和鉬,通常透過添加少量但更精確控制的硼(通常為0.002%B)來提供額外的硬化作用。這些元素經常組合使用,因此Q&T鋼可以歸類為多種低中合金熱處理鋼。

大多數 Q&T 鋼還含有一種或多種微合金元素,例如鋁、鈮、鈦、釩或鋯。如果要採用焊接後熱處理,則應避免使用含釩軸承鋼,因為可能會對熱影響區 (HAZ) 缺口韌性產生不利影響。

鋼製造商根據強度和其他性能要求,在鋼規格允許的範圍內調整每種元素的特定成分範圍,並提供必要的淬透性。較厚的板材需要相對較高的合金含量,以抵消較重的板材截面不可避免地伴隨著淬火的冷卻速度的延遲。

高強度鋼可視為等級(屈服應力)在 460MPa 至 690MPa 之間的鋼
先進高強度結構鋼型材
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高強度鋼的優點
使用高強度 Q&T 鋼所帶來的優勢在很大程度上取決於專案背景以及所考慮的結構部件的類型和功能。潛在的優點包括:
  • 利用高屈服應力和抗拉強度可以增加設計應力。這可能會導致所需板厚度的減少,從而也可以節省自重
  • 如果可以減少板厚度,則可以顯著減少沉積焊接材料的體積,從而減少焊接耗材和焊接時間
  • 可以簡化結構部件和施工技術,特別是在較大結構或重載部分的情況下。因此,不僅可以節省材料,還可以節省製造、運輸、搬運和施工
  • 由於結構自重的減少及其元件的物理尺寸的減小,可以節省地基成本和空間需求。

相反,必須承認,由於 Q&T 鋼的楊氏彈性模量 (E) 與碳板的傳統結構等級(「低碳鋼」等級,例如 AS/NZS 3678:2011 250 和 AS/ NZS 3678:2011 350),構件的屈曲和偏轉限制了高強度等級的使用,特別是在柱子或局部屈曲顯著影響設計結果的情況下。這些情況包括細長的柱子和大板樑的腹板。

先進高強度結構鋼型材
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高強度鋼的應用領域
高強度鋼的應用根據項目背景而有所不同。典型的例子包括:
  • 減小柱尺寸/重量: 在大型多層建築的主要建築柱上,使用高強度鋼可以實現高達28-38%的重量節省。與混凝土選項相比,額外的好處包括柱尺寸的顯著減小,獲得額外的樓層空間和停車位。
  • 簡化連接: 在高度負荷的連接部位,使用高強度鋼板結合高強度螺栓(高達10.9級)可以顯著簡化連接,從而節省製造時間和建設成本。
  • 減輕自重: 這將允許更小的基礎或解決運輸和安裝中的後勤問題,如橋樑等。
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