寒冷地區(qū)鋼材的選用

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1、鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設計課程專題報告嚴寒地區(qū)結(jié)構(gòu)鋼材的選用專業(yè)土木工程學　　號學生　　教師　　日期　　嚴寒地區(qū)結(jié)構(gòu)鋼材的選用（以鐵塔為例進行說明）【摘要】提高寒冷地區(qū)抗脆斷能力的要求，是為了使設計人員重視鋼結(jié)構(gòu)可能發(fā)生脆性破壞事故。由于對國產(chǎn)建筑鋼材在不同工作條件下的脆斷問題還缺乏深入研究，規(guī)范條文的內(nèi)容主要來自前蘇聯(lián)的資料，同時亦參考了其他國內(nèi)外的有關資料。前蘇聯(lián)嚴寒地區(qū)面積大，出現(xiàn)脆斷事故的機會較多。根據(jù)對事故調(diào)查的結(jié)果，格構(gòu)式桁架結(jié)構(gòu)占事故總數(shù)的48%，而梁結(jié)構(gòu)僅占18%，板結(jié)構(gòu)占34%，可見桁架結(jié)構(gòu)容易發(fā)生脆斷。我國低溫地

2、區(qū)鋼桁架、儲液罐等也曾發(fā)生過脆斷事故。這些資料在定量的規(guī)定上差別較大，很難直接引用，但在定性方面即概念設計中卻有一些共同規(guī)律。因此規(guī)范在焊接構(gòu)件的板厚、構(gòu)造及結(jié)構(gòu)施工等方面提出了防止脆斷發(fā)生的措施?！娟P鍵詞】嚴寒地區(qū)鋼材選用1嚴寒地區(qū)鋼材選用問題的提出背景在提出問題之前，首先有必要搞清楚各種溫度區(qū)的準確定義。宏觀上人們依據(jù)緯度的高低（更準確地說是地球在公轉(zhuǎn)當中與太陽的關系）把地球自北向南劃分為北寒帶、北溫帶、熱帶、南溫帶、南寒帶，我國絕大部分地區(qū)屬于從北極圈（北緯66°30′）～北回歸線（北緯23°30′）的北溫帶，屬于溫帶氣

3、候；常規(guī)和習慣上依冬季的溫度高低，人們又把溫度區(qū)劃為寒冷、嚴寒等地區(qū)，而各種溫度區(qū)的劃分和準確定義，均來自于國家標準《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》（GBJ19－81）的2001年版。為了對本文敘述的需要，并使讀者了解各種溫度劃分的定義和標準，現(xiàn)將該國家規(guī)范的有關室外氣象溫度參數(shù)的標準定義內(nèi)容介紹如下：嚴寒地區(qū)：累年最冷月平均溫度T≤－10℃的地區(qū)定義為嚴寒地區(qū)，我國東北、華北的北緯40°30′以上的地區(qū)（即大致鞍山－張家口－大同－呼和浩特連線以北）以及陜西省榆林、甘肅省山丹和青海省格爾木均屬嚴寒地區(qū)。寒冷地區(qū)：累年（不少于3年

4、）最冷月平均溫度－10℃＜T≤0℃的地區(qū)定義為寒冷地區(qū)。全國北緯超過34℃以上除嚴寒地區(qū)以外的所有地區(qū)（即大致隴海線以北）和西藏全境及四川的甘孜地區(qū)，均屬寒冷地區(qū)；對承重鋼結(jié)構(gòu)鋼材的選用，按照新版《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50017－2003）的規(guī)定，要求同時有7種考慮的因素，其中以應力狀態(tài)、連接方法和工作溫度三項最重要，所有因素都基于一個出發(fā)點，那就是要防止脆性破壞的發(fā)生，這對于鋼結(jié)構(gòu)來說是至關重要的。對處于不同地區(qū)的送電線路桿塔來說，其它六項如結(jié)構(gòu)重要性、菏載特征、結(jié)構(gòu)形式等其它幾項均相同，唯一的區(qū)別，就是其工程所經(jīng)地區(qū)的環(huán)

5、境溫度，在《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50017－2003）中，是以結(jié)構(gòu)工作溫度為表征的。結(jié)構(gòu)工作溫度：按新版《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50017－2003）的規(guī)定，是以該規(guī)范的最低日平均溫度定義的，它比劃分寒冷、嚴寒的溫度標準還低，如嚴寒地區(qū)結(jié)構(gòu)工作溫度最高的張家口為－22.9℃，最低的海拉爾為－42.5℃，也就是說：一個地區(qū)的結(jié)構(gòu)工作溫度和該地區(qū)的所屬溫度區(qū)類型劃分的標準依據(jù)，在數(shù)值上是不同的。對于我們所處的黑龍江一帶來講，屬于嚴寒地區(qū)，因此可以按嚴寒地區(qū)來研究鋼材的選用問題?，F(xiàn)將與該本工程有關的地區(qū)室外氣象溫度參數(shù)列表如下：從

6、上表可以看出，內(nèi)蒙古黑龍江等地區(qū)屬嚴寒地區(qū)，結(jié)構(gòu)工作溫度可能處于－42.5℃的特別低的范圍。且鋼結(jié)構(gòu)一般會承受著較大的荷載，室外鐵塔在直接承受具有動力荷載特性的導線風荷載的橫擔掛點以及塔腳支座等重要部位，存在較多的焊接構(gòu)件。根據(jù)這些情況，出于為防止在長期低溫的工作條件下，鐵塔的焊接構(gòu)件及其他構(gòu)件出現(xiàn)脆性破壞，而適度合理地提高鋼材材質(zhì)選用標準的考慮，根據(jù)新版《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50017－2003），關于承重鋼結(jié)構(gòu)鋼材選用的規(guī)定，結(jié)合內(nèi)蒙古電力設計院近年來在鐵塔鋼材選用方面所積累的工作經(jīng)驗和研究試驗成果，按照以不同連接方式區(qū)

7、分鋼材選用的思路，確定出黑龍江等寒冷地區(qū)鋼材選用的原則：使用Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼和Q345低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼兩種，其品種為：1）對Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼，一律不使用Q235－A級鋼（包括Q235－A·F沸騰鋼），其中焊接構(gòu)件也不使用Q235－B·F沸騰鋼；2）對Q345低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼，除焊接構(gòu)件不使用Q345A級鋼之外，對螺栓連接的構(gòu)件，不做任何限制，可使用Q345A級鋼。上述鐵塔鋼材選用原則的確立，最主要的依據(jù)就是新版《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50017－2003）的規(guī)定，下面予以詳細論述。2鋼材使用原則確定的依據(jù)2.1常用鋼材

8、的性能指標Q345鋼材的化學成分以上參數(shù)摘自于現(xiàn)行國家標準《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T700－88）和《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T1591－94）。從表中可以看出，同一牌號的鋼，其等級的不同，主要體現(xiàn)在主要化學成分如碳、硫、磷的含量多少，以及沖擊韌性試驗合格保證的溫度這兩方面