宝钢高性能建筑结构钢开发及工程应用

宝钢高性能建筑结构钢开发及工程应用宝钢高性能建筑结构钢开发及工程应用宝山钢铁股份有限公司2013年10月更好的钢铁更好的环境更好的生活BetterSteel,BetterLife.目录目录•前言•宝钢近年成功开发的高性能建筑结构钢•结束语一、前言节能环保节能环保IIIIIIIV钢结构特点钢结构特点强度高强度高抗震性好抗震性好重量轻重量轻省地节能建筑经济持续健康发展“5.12”汶川大地震，大量房屋倒塌、损毁，造成重大人员伤亡和财产损失。“建筑钢结构”这个具有优良抗震性能的结构体系再一次引起业界的广泛关注，并逐渐为项目业主、设计师等各方认同、接受和选用。纽约世贸中心大厦为何倒塌?深圳地王大厦国家体育场上海中心深圳平安金融中心武汉绿地中心CCTV新台址上海世博“一轴四馆”¾¾近年来近年来典型钢结构建筑典型钢结构建筑虹桥综合交通枢纽广州新电视塔二、宝钢近年成功开发的高性能建筑结构钢IIIQ460E-Z35特厚建筑结构钢IIIIII耐火耐候钢B400/490RNQIIIIIIIII高强度耐候钢Q420GJCW(BRA520C-Z15)IVIVIV低屈服强度钢BLY160/225系列Q460E-Z35特厚建筑结构钢CCTV新台址工程钢材订货技术要求：‹造型结构：两座塔楼双向内倾斜6度，在163米以上高度由75米的“L”形悬臂结构连为一体，造型独特、结构新颖、高新技术含量大，在国内外均属“高、难、精、尖”的特大型项目。1、执行GB/T1591-1994标准；2、屈服强度昀低为400MPa；3、抗拉强度在550～720MPa；4、δs/δb0.83；5、Ceq0.50;6、厚度性能要求为Z35，钢板昀厚130mm；7、正火状态。实物厚度(mm)Rm(MPa)Rel(MPa)RP0.2(MPa)YR(%)延伸率(%)99.4558059959840641841341642242170.169.869.0302728用户技术要求≥50550～720≥400/≤0.83≥17实物Akv(-40℃)(J)Z(%)弯曲性能3a/180o钢板内质GB/T2970IIIBT181,177,194/18454,52,54/53.355,55,54/54.7Good合格用户技术要求≥34(平均)/24(单个)≥35(平均)/≥25(单个)≥35(平均)/≥25(单个)Good合格表1Q460E-Z35100mm建筑结构钢板实物性能续„实物性能指标耐火耐候钢B400/490RNQ1.钢结构建筑面临的两大问题钢的腐蚀火灾时钢构件的软化纽约世贸中心大厦钢板化学成份0.0380.0550.0110.0171.320.280.240.0400.0540.0100.0151.240.270.22AlVSPMnSiC“9.11恐怖事件”发生以后，各国认识到高层结构用钢在突发事件中必须有良好的抗震、防火等性能，耐火钢、耐火耐候钢竞相开发出来。2.耐火钢--耐火耐候钢的基本要求‹耐高温性能明显比一般钢要高，保证600℃时的屈服强度不低于常温下屈服强度的2/3，并能保持3小时左右。I‹焊接性能与一般钢相同。III‹常温时的性能与焊接结构用钢和建筑结构用钢的性能相符合。II工程实践证明：宝钢耐火耐候钢各方面性能均满足工程需要。宝钢是国内最早开始研制和生产建筑用耐火耐候钢的企业。3.国内耐火耐候钢的发展情况•耐火性能•耐大气腐蚀性能•低屈强比•优良的焊接性能¾¾性能特点：性能特点：ƒƒ优点：优点：™安全：大大提高建筑的防火等级；确保在600℃时钢材屈服强度下降不大于规定的室温屈服强度的1/3。™环保™经济：降低防腐涂装施工成本—上海第一个全钢结构高层住宅楼群4.宝钢耐火耐候钢的性能及优点：牌号：牌号：BB400/400/490490RNQRNQ：：z耐火性能：高温拉伸试验01002003004005000100200300400500600700800B490RNQ与Q345B系列高温拉伸性能曲线图拉伸试验温度，℃屈服强度，MPaB490RNQQ345B9耐火极限：耐火试验过程中，试件发生跨塌、轴向变形大于H/100，或轴向变形速率大于3H/1000(mm/min)，则表明试件失去稳定性，达到耐火极限。9B490RNQ实测结果：耐火试验进行240min，柱未跨塌；其最大轴向变形为12mm，最大轴向变形速率1.0mm/min，未失去稳定性，耐火极限大于4.0h。耐火性能试验z耐大气腐蚀性能宝钢是目前国内最大的耐候钢供应商，耐候钢的研究和生产处于国内领先地位。宝钢B400/490RNQ钢的耐候性是目前耐候钢中的最高等级。96h、480h盐雾试验96h盐雾试验1.6001.8002.0002.2002.4002.600B490RNQQ345B钢种腐蚀失重速率，g/(m2*h)96h盐雾试验0.020.040.060.080.0100.0B490RNQQ345B钢种相对腐蚀速率，％480h盐雾试验0.0000.5001.0001.5002.0002.5003.000B490RNQQ345B钢种腐蚀失重速率，g/(m2*h)480h盐雾试验0.020.040.060.080.0100.0B490RNQQ345B钢种相对腐蚀速率，％480h晴雨试验0.0000.0500.1000.150B490RNQQ345B钢种腐蚀失重速率,g/(m2*h)480h晴雨试验0.020.040.060.080.0100.0B490RNQQ345B钢种相对腐蚀速率，％480h加速老化试验480h湿热试验0.0000.0500.1000.150B490RNQQ345B钢种腐蚀失重速率,g/(m2*h)480h湿热试验0.020.040.060.080.0100.0B490RNQQ345B钢种相对腐蚀速率，％240h湿热试验020406080100B490RNQQ345B钢种相对腐蚀速率，％240h、480h湿热试验z低屈强比n=43ave=0.81min=0.64max=0.83stdev=0.032002年中福城工程1500吨钢屈强比生产检验统计结果钢材抗震性能重要指标•裂纹敏感试验•同种钢焊接接头的力学性能•异种钢焊接接头的力学性能•角接接头的折弯性能z优良的焊接性能z优良的焊接性能具有良好的可焊性，不需预热便可施工。焊接性能相当于甚至优于同级别普通建筑钢。适用于各种接头形式，无论是手弧焊、气保焊、高频焊、还是埋弧焊，均可获得满意的接头力学性能。可与Q235B和Q345B等进行异种钢焊接，也可获得满意的接头力学性能。大量焊接大量焊接试验证试验证明：明：¾耐火耐候钢和普通钢综合成本的对比耐火时限耐火涂料厚度mm耐火涂料费用（元/m2钢表面）普通钢(TN-LG)耐候耐火钢(TN-LG)普通钢(TN-LG)耐候耐火钢(TN-LG)1h15不用25.202h255428.43h35758.811.76TN-LG为厚涂型涂料，耐火时间随涂层厚度增加而增加，密度400Kg/m3，价格为210元/50Kg。对于高层、超高层钢结构建筑，10-16平方米建筑面积对应使用约一吨钢，平均每吨钢折算其表面积约为38m2（双面）。以2小时耐火时限比较：I.1吨普通钢的防火成本为：42×38＝1596元1吨耐火耐候钢的防火成本为：8.4×38＝319.2元=1吨耐火耐候钢比普通钢的防火涂料成本低1277元II.1吨耐火耐候钢比普通钢的钢材价格高600元左右低低677677元元//吨吨耐火耐候钢较普通钢北京财富大厦（采用宝钢B490RNQ约7000吨）上海首座全钢结构高层住宅楼群－中福城（采用宝钢B490RNQ约5300吨）建造中的中国南极长城站（采用宝钢B490RNQ约80余吨）¾¾典型工程应用典型工程应用高强度耐候钢Q420GJCW(BRA520C-Z15)广州地处亚热带沿海，属海洋性亚热带季风气候，全年平均气温在20~22℃，平均相对湿度77%。9开发背景：高空防腐涂装施工及维护难度极大。天线钢桅杆高达160米，位于450米主塔之上，特殊的高度加剧了钢的腐蚀。牌号厚度mmReH/Rp0.2MPaRmMPaA%YR%冲击试验温度℃冲击单值J冲击均值JQ420GJCW标准≤35420-550520-680≥20≤830≥33≥47实绩430-474/448530-572/54421-34/2581-83/82261-350/309282-336/309标准35-50410-540520-680≥20≤830≥33≥47实绩418-491/442539-632/59221-26/2371-78/75135-318/228170-288/228标准50400-530520-680≥20≤830≥33≥47实绩425-479/449538-609/58221-32/2573-79/77125-286/212148-277/212¾¾Q420GJCWQ420GJCW钢板实物性能数据钢板实物性能数据¾¾性能特性能特点：点：高强度、高韧性、高塑性优异的耐大气腐蚀性能良好的焊接性能‡国内外首创,具有创新性‰焊接性优良,具有实用性‰性能达到国际先进水平‰对今后我国相关标准的建立和修订具有重要指导意义专家鉴专家鉴定：定：低屈服强度钢BLY160/225系列“低屈服低屈服强度强度钢钢””作为抗震阻尼器的核心材料，因其具有良好的低周疲劳性能，能有效保护建筑安全，得到广泛应用。¾¾常见抗震阻尼器：常见抗震阻尼器：1.宝钢研发情况：„„性能要求性能要求可选择添加微量Nb、V、Ti等其他合金元素0.0060.010.020.500.040.05成分备注NSPMnSiC元素„„化学成份化学成份≤160Rp/MPa≤80YR/％≥27≥45220-320BLY1600℃冲击功/JEl/％Rm/MPa99低屈服强度低屈服强度钢钢的基本要求的基本要求99宝钢研发进度：宝钢研发进度：着手研制20052005年年20072007年年1111月月工业试制成功99BLY160BLY160钢板典型实物性能钢板典型实物性能钢板尺寸：20×3000×17000,mm0℃Akv/JA50/%YR/%Rm/MPaRp0.2/Mpa编号28328528628554.054.054.046.245.846.027727727712812712842L28328428528455.555.555.544.844.644.728828528712912712842T板宽1/227628427928052.551.552.044.643.944.328028028012512312444L26727327627255.055.055.046.145.045.528028028012912612844T板宽1/427928213723354.554.554.543.543.543.527827827812112112140L27327728027755.055.055.045.043.544.227827827812512112340T边部钢板号7B09184100≥27≥45≤80220-320≤160目标¾¾BLY160BLY160钢板钢板拉伸、冲击韧性拉伸、冲击韧性性能性能（（沿板宽方向沿板宽方向））5010015020025030040T40L44T44L42T42L强度/MPa303540455055606570%RmA50ReRe/Rm10012515017520022525027530040T40L44T44L42T42LAKv/J拉伸性能冲击性能-30000-20000-100000100002000030000-0.7-0.5-0.3-0.10.10.30.50.7mmN1Cycle2cycle5cycle10cycle¾¾BLY160BLY160钢板低周疲劳钢板低周疲劳性能性能-30000-20000-1000001000020000-0.7-0.5-0.3-0.10.10.30.50.7位移，mmN10cycle100Cycle200cycl