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铁塔工程钢材的选型及中美钢材的对比

铁塔工程钢材的选型及中美钢材的对比 中广天工
2021-09-22
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导读:本文介绍了我国铁塔工程中常用钢材的的选型,并结合关键指标,与美国ASTM标准中的常用钢材进行对比

国标钢材

在我国的钢结构工程中,常用的钢材标准有《碳素结构钢》GB/T700、《优质碳素结构钢》GB/T699和《低合金高强度结构钢》GB/T1591。铁塔工程也执行上述标准,并结合自身特点进行牌号的选择。

在碳素结构钢中,钢号越大,含碳量越高,强度也随之增高,但韧性和塑性降低。铁塔属于高耸结构,相对于强度而言更注重钢材的韧性。所以优选其中含碳量小于0.25%的Q235钢。对无缝钢管,优选硫、磷等有害杂质更少的优质碳素结构钢。

铁塔立柱等主要受力构件经常采用掺加合金元素的低合金钢,其强度高于碳素结构钢。低合金钢强度的提升是靠合金元素,含碳量并不增加,所以其韧性并不降低。在低合金钢中Q355钢综合性能较好,应用最为广泛。

综上所述,铁塔各部位钢材选择如下:

主柱为角钢时,优选《低合金高强度结构钢》GB/T1591中的Q355钢;

主柱为钢管时,优选《优质碳素结构钢》GB /T699中的20钢或《低合金高强度结构钢》GB/T1591中的Q355钢;

立柱间的连接件宜选用《低合金高强度结构钢》GB/T1591中的Q355钢;

腹杆宜选用《碳素结构钢》GB/T700中的Q235钢或《低合金高强度结构钢》GB/T1591中的Q355钢;

腹杆端部节点板优选《低合金高强度结构钢》GB/T1591中的Q355钢;

地脚螺栓主杆优选《低合金高强度结构钢》GB/T1591中的Q355钢或《优质碳素结构钢》GB /T699中的45钢;

其他附属结构可选《碳素结构钢》GB/T700中的Q235钢。

此外对于柔性拉杆、拉绳等构件可选用强度等级更高的钢材,例如《钢拉杆》GB/T20934中强度从345MPa~1100MPa共分7个等级。

铁塔工程对钢材的质量也有要求。一般情况下质量等级为B级,并要求钢材具有抗拉强度、伸长率、屈服点、含碳量、冷弯试验及硫、磷极限含量的合格保证。当铁塔工作温度低于-20℃时,对Q235钢和Q355钢还应具有0℃冲击韧性的合格保证(C级)。对于强度更高的钢材要求具有-20℃冲击韧性的合格保证(D级)。


美标钢材

美国有许多学会、协会从事钢铁标准化工作,涉及钢铁材料标准的机构主要有:

AISI——美国钢铁学会

ACI——美国合金铸造学会

ANSI——美国国家标准学会

ASTM——美国材料与试验协会

SAE——美国汽车工程师协会

ASME——美国机械工程师协会

AWS——美国焊接学会

ANSI标准广泛应用于整个工业,但该学会本身不制定标准,只是从其他标准化机构中选取一部分标准发布为国家标准,其标准号采用双标号,如:ANSI/ASTM。

在建筑结构钢中,美国材料与试验协会(ASTM)标准应用最为广泛,其主要结构钢标准如下:

A36:

Standard Specification for Carbon Structural Steel

碳素结构钢

A573:

Standard Specification for Carbon Structural Steel Plates of improved Toughess

高韧性碳素结构钢板

A242: 

Standard Specification for High-Strength Low-Alloy Structural Steel

高强度低合金结构钢

A572: 

Standard Specification for High-Strength Low-Alloy Columbium-Vanadium Structural Steel

高强度低合金铌钒结构钢

A588:

Standard Specification for High-Strength Low-Alloy Structural Steel,up to 50 ksi [345MPa] Minimum Yield Point, with Atmospheric Corrosion Resistance

高强度低合金耐候结构钢,最小屈服强度345MPa

A992 :

Standard Specification for Structural Steel Shapes

结构型钢(用于建筑框架的轧制宽翼缘型钢)


中美钢材对比

A36是美标中最主要的碳素结构钢,屈服点为36ksi(248MPa),相当于我国《碳素结构钢》GB/T700中的Q235B钢,两者主要参数对比如下:

项目

Q235B

A36

屈服强度 MPa

235

248

抗拉强度MPa

370~500

550

碳含量(%,

0.22

0.29

硅含量 (%,

0.35

0.4

锰含量 (%,

1.4

1.2

硫含量 (%,

0.045

0.050

磷含量 (%,

0.045

0.040

伸长率 (%,

26

23

冲击功(J,

27

--


A573是一种韧性更好的碳素结构钢,分为Grade58、65和70三个等级,屈服强度从32ksi(220MPa)至42ksi(289MPa),其中G65级屈服强度为35ksi(240kPa),与我国《碳素结构钢》GB/T700中的Q235D钢和《优质碳素结构钢》GB/T699中的20钢相当,其主要参数对比如下:

项目

20钢

A级

Q235D

A573

G65

屈服强度

(MPa)

245

235

240

抗拉强度

(MPa)

410

370~500

450

碳含量

(%,

0.23

0.17

0.26

硅含量

(%,

0.37

0.35

0.40

锰含量

(%,

0.65

1.4

1.2

硫含量

(%,

0.03

0.035

0.030

磷含量

(%,

0.03

0.035

0.030

伸长率

(%,

25

26

23

-20℃冲击功

(J,

--

27

--


在美国ASTM标准中,经热轧而非热处理得到的最小屈服点超过40ksi(276MPa)的钢称为HSLA钢,即低合金高强度钢。

其中A572钢具有很好的可焊性,分42、50、60和65四个等级。厚度在6in(152.4mm)以内的42级和厚度在4in(101.6mm)以内的50级都可用于焊接桥梁。所有级别都可用于螺栓、铆栓连接结构和非桥梁的焊接结构。

A572钢中的G50级屈服强度为345MPa,与我国的《低合金高强度结构钢》GB/T1591中的Q355钢相当,其主要参数对比如下:

项目

Q355B

A572

G50

屈服强度MPa

355

345

抗拉强度MPa

470~630

450

碳含量(%,≤)

0.24

0.23

硅含量(%,

0.55

0.40

锰含量(%,

1.4

1.35

硫含量(%,

0.035

0.030

磷含量(%,

0.035

0.030

伸长率(%,≥)

22

21

冲击功(%,

27

--


此外,美国ASTM标准中A242、A588也时比较常用的低合金高强度结构钢。这两种钢材属于耐候钢,其表面可以形成一层紧密的氧化膜来抑制进一步的腐蚀,抗腐蚀性能是普通碳素钢的4~8倍。

我国的铁塔目前绝大多数采用热浸镀锌的防腐处理,耐候钢的应用还比较少。但随着铁塔标准化的推进,耐候钢的应用也是值得借鉴和发展的方向,有助于降低造价和减少环境污染。

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